Brevet FR3070375A1 — publié le 20190301

- 1 - PROCEDE DE CIRCULATION DE CARBURANT DANS UNE CONDUITE DE REMPLISSAGE D'UN RESERVOIR D'UN AERONEF, ET VANNE CONNECTEE A UNE CONDUITE POUR LA MISE EN OEUVRE DUDIT PROCEDE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine technique de l'aéronautique, et concerne un procédé de circulation de carburant dans une conduite de remplissage d'un réservoir d'un aéronef, et une vanne autorégulée connectée à une conduite pour la mise en oeuvre dudit procédé. ART ANTERIEUR Dans le domaine de l'aéronautique, et notamment dans celui de la circulation de carburant dans des conduites de remplissage de réservoirs, il faut éviter l'apparition d'une charge électrostatique dans le carburant, laquelle entrainerait un risque d'étincelage dans les vapeurs de carburant et d'explosion. Ainsi, la vitesse de remplissage des réservoirs doit être limitée. La réglementation en vigueur, notamment le paragraphe §8.f (2).(b) du document référencé FAR 25.981 - 1C, indique que la vitesse du carburant à l'intérieur d'une conduite de remplissage d'un réservoir est acceptable si elle est comprise entre 6 et 7 m/s. Pour limiter la vitesse de circulation du carburant dans les conduites de remplissage, il est connu d'installer des moyens de restriction de débit dans les conduites de remplissage, afin de limiter le débit et la vitesse du carburant, qui sont intimement liés. Ces moyens de restriction, notamment sous la forme d'orifice calibrés, sont conçus et dimensionnés pour restreindre la section de passage de la conduite de remplissage et diminuer le débit et la vitesse de remplissage du carburant, en prenant en compte les paramètres les plus contraignants liés au carburant, à savoir un carburant chaud présentant une température de 55°C. - 2 - L'inconvénient de cette solution réside dans le fait qu'en pratique, lorsque le carburant est plus froid, et donc plus visqueux, la vitesse de remplissage et le débit s'en trouve trop limités, ce qui rallonge la durée de remplissage des réservoirs de carburant. 5 EXPOSE DE L'INVENTION L'un des buts de l'invention est donc de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé de circulation de carburant dans une conduite de remplissage d'un réservoir d'un aéronef permettant d'optimiser la durée de remplissage 10 dudit réservoir en fonction de la nature du carburant en circulation, notamment sa température. L'objectif est de minimiser la durée de remplissage tout en assurant une sécurité optimale. A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un procédé de circulation 15 de carburant dans une conduite de remplissage d'un réservoir d'un aéronef, remarquable en ce qu'il consiste à faire varier automatiquement et mécaniquement la section de passage du carburant jusqu'à ce que le carburant atteigne une vitesse seuil maximale. De cette manière, la diminution de la section de passage augmente la perte de 20 charge dans la conduite, et diminue le débit du carburant dans la conduite. Le débit et la vitesse de fluide sont directement liés par des relations physiques bien connues. La section de passage du carburant est pilotée d'une telle façon que ladite section est diminuée lorsque la vitesse de circulation du carburant est supérieure à un seuil maximal prédéfini, et ladite section est augmentée lorsque la vitesse de circulation du carburant est 25 inférieure au seuil maximale prédéfini, jusqu'à ce que le carburant atteigne ladite vitesse seuil maximale. Avantageusement, la section de passage du carburant varie automatiquement en fonction d'une différence de pression entre deux points dans la conduite. La localisation 30 de ces deux points peut être choisie d'une telle façon que la différence de pression varie proportionnellement à la vitesse du carburant dans la conduite. - 3 - De préférence, la section de passage est restreinte automatiquement lorsque la vitesse de circulation du carburant est nulle. Cette caractéristique permet de sécuriser le procédé de circulation du carburant. 5 L'un des buts de l'invention est aussi de fournir une vanne de remplissage autorégulée pour la mise en oeuvre dudit procédé, permettant d'optimiser la durée de remplissage dudit réservoir en fonction de la nature du carburant en circulation. A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé une vanne connectée à une 10 conduite de remplissage d'un réservoir de carburant d'un aéronef, remarquable en ce qu'elle comprend un dispositif de restriction de la section de passage du carburant, tel qu'un diaphragme réglable, apte, lorsque du carburant circule dans la conduite, à faire varier automatiquement la section de passage du carburant jusqu'à ce que la vitesse du carburant atteigne une valeur seuil maximale. 15 De cette manière, le temps de remplissage est minimisé. En pratique, les conditions de circulation du carburant, notamment la température du carburant, sont moins contraignantes que celles assumées par la réglementation. Ainsi lorsque le carburant présente une température inférieure à 55°C, l'invention permet d'accélérer le remplissage, 20 par rapport à la solution existante avec un orifice calibré, sans risque d'apparition de charge électrostatique. La diminution du temps de remplissage des réservoirs d'un aéronef permet de diminuer le temps d'immobilisation de l'aéronef au sol. Avantageusement, le dispositif de restriction est assujetti à des moyens 25 d'actionnement du dispositif de restriction en fonction d'une différence de pression entre deux points dans la conduite. De préférence, les moyens d'actionnement comprennent un vérin principal comprenant un piston monté coulissant entre une première chambre et une deuxième 30 chambre de volumes variables. Les première et deuxième chambres sont chacune reliée en pression à la conduite en au moins un point. Le piston est connecté mécaniquement au dispositif de restriction de sorte que le coulissement du piston entraine l'actionnement du dispositif de restriction. -4 De cette manière, le dispositif selon l'invention a une construction simple et rationnelle, ce qui permet de diminuer le coût de sa fabrication et de son entretien. 5 Selon des formes de réalisation particulières, le piston est assujetti à un organe élastique de rappel qui tend à déplacer le piston dans une position correspondant à une ouverture maximale ou minimale du dispositif de restriction. Avantageusement, les première et deuxième chambres du vérin principal sont 10 reliées en pression à la conduite par l'intermédiaire d'une antenne de Prandtl. Autrement dit, l'une des chambres est reliée en pression avec la conduite par l'intermédiaire d'un piquage en pression totale, et l'autre chambre est reliée en pression avec la conduite par l'intermédiaire d'un piquage en pression statique. De cette façon, le piston subit directement une différence de pression qui, de façon bien connue pour un homme de 15 métier, est fonction de la vitesse du carburant. Selon une autre mode de réalisation, la conduite comprend un tube de Venturi, et les première et deuxième chambres du vérin sont respectivement reliées en pression à zone élargie et à une zone rétrécie du tube de Venturi. Ainsi selon ce mode, le piston subit 20 aussi directement une différence de pression fonction de la vitesse du carburant. Toujours de préférence, la première chambre du vérin principal est connectée directement et hydrauliquement à la conduite. La deuxième chambre du vérin principal est connectée hydrauliquement à un vérin secondaire. Le vérin secondaire comprend un 25 piston monté coulissant entre une première chambre et une deuxième chambre de volumes variables. La première chambre du vérin secondaire comprend un organe élastique de rappel qui tend à repousser le piston vers la deuxième chambre et est connectée directement et hydrauliquement à la zone rétrécie du tube de Venturi. La deuxième chambre du vérin secondaire est connectée directement et hydrauliquement à 30 une zone élargie du tube de Venturi. La deuxième chambre du vérin principal étant, selon le coulissement du piston, en communication hydraulique soit avec la première chambre du vérin secondaire, soit partiellement avec la deuxième chambre du vérin secondaire. Autrement dit, le vérin secondaire peut mettre en communication la deuxième chambre du - 5 - vérin principal avec une zone élargie du tube de Venturi, de sorte à créer un circuit hydraulique entre la zone élargie du tube de Venturi, la deuxième chambre du vérin secondaire, la deuxième chambre du vérin principal et la zone rétrécie du tube de Venturi. 5 Ce mode de réalisation permet de faire varier la section de passage seulement si la vitesse de carburant dépasse un seuil minimal prédéfini. L'invention permet de réguler et de maximiser le débit quelle que soit la condition d'utilisation, c'est-à-dire quelle que soit la température du carburant qui circule dans la 10 conduite de remplissage, en permettant ainsi de réduire le temps de remplissage d'un réservoir de carburant. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est réalisée ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'une première forme de réalisation 20 de la vanne selon invention, avec un vérin principal en position d'obturation minimale ; - la figure 2 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 1, avec le vérin principal en position d'obturation maximale ; - la figure 3 est une représentation schématique en coupe transversale de la conduite, 25 correspondant à la coupe A-A de la figure 1, le diaphragme réglable étant en position d'obturation minimale ; - la figure 4 est une représentation schématique en coupe transversale de la conduite, correspondant à la coupe B-B de la figure 2, le diaphragme réglable étant en position d'obturation maximale ; 30 - la figure 5 est une représentation simplifiée de la vanne selon un deuxième mode de réalisation, et comprenant une antenne de Prandtl ; -6- - la figure 6 est une représentation schématique correspondant à un troisième mode de réalisation et représentant la vanne lorsque le carburant ne circule pas dans la conduite, avec le vérin principal en position d'obturation maximale ; - la figure 7 correspond au troisième mode de réalisation et représente la vanne 5 lorsque le carburant circule à faible vitesse dans la conduite, avec le vérin principal en position d'obturation minimale ; - la figure 8 correspond au troisième mode de réalisation et représente la vanne lorsque le carburant circule avec une vitesse importante dans la conduite, le vérin principal étant en position partialement fermée de sorte à établir un circuit 10 hydraulique entre les vérins secondaire et principal ; Dans les figures 1 à 8, les mêmes éléments portent les mêmes repères numériques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 15 L'invention concerne une vanne (1) connectée à une conduite (2) de remplissage d'un réservoir de carburant d'un aéronef. En référence à la figure 1 illustrant un premier mode de réalisation de l'invention, la 20 conduite (2) comprend un tube de Venturi (3), comprenant une zone élargie (4) d'entrée, une zone rétrécie (5) et une zone élargie (6) de sortie. Un dispositif de restriction (7) de la section de passage du carburant est disposé, par exemple, dans la zone rétrécie (5) de la conduite (2). Le dispositif de restriction (7) est connecté mécaniquement à des moyens d'actionnement (8) qui comprennent un vérin principal (9). Le vérin principal (9) 25 comprend un piston (10) monté coulissant entre une première chambre (11) et une deuxième chambre (12) de volumes variables. La première chambre (11) est reliée en pression à la zone élargie (4) de la conduite (2), par l'intermédiaire d'un piquage (13) en pression statique, et la deuxième chambre (12) est reliée en pression à la zone rétrécie (5) de la conduite (2), par l'intermédiaire d'un piquage (14) en pression statique. Le piston 30 (10) est assujetti à un ressort (15) qui tend à déplacer le piston (10) dans une position correspondant à une ouverture maximale du dispositif de restriction (7). Dans ce mode de réalisation, cette position correspond à l'absence de circulation de carburant dans la conduite (2). -7 En référence à la figure 2, lorsque le carburant circule dans la conduite (2), la vitesse du carburant dans les zones élargies (4, 6) de la conduite (2) est plus faible que dans la zone rétrécie (5). Ainsi, comme décrit par la formule de Bernoulli, la pression 5 statique dans la zone rétrécie (5) diminue. Plus la vitesse du carburant dans la conduite (2) augmente, plus la différence de pression augmente. Ainsi le piston (10) subit directement ladite différence de pression. Lorsque la pression dans la deuxième chambre (12) diminue, la pression de carburant dans la première chambre (11) à tendance à déplacer le piston (10) à l'encontre du ressort (15). Plus la différence de pression est importante, plus 10 l'effort dû à la différence de pression est important, et plus le piston (10) est déplacé. Le piston (10) est connecté mécaniquement au dispositif de restriction (7) par l'intermédiaire, par exemple, d'une tige (16) de commande. Ainsi, la section de passage du carburant varie automatiquement jusqu'à ce que la vitesse du carburant atteigne une valeur seuil maximale prédéfinie. 15 Comme représenté sur les figures 3 et 4, le dispositif de restriction (7) se présente par exemple sous la forme d'un diaphragme réglable à iris (17). Le mouvement linéaire de la tige (16) de commande entraine la rotation d'une pluralité de lames (18a, 18b, 18c, 18d) pour restreindre progressivement la section de passage dans la conduite (2). Sur la 20 figure 3 le diaphragme réglable (17) est en position d'obturation minimale, avec le piston (10) en position haute, tandis que sur la figure 4 le diaphragme (17) est en position d'obturation partielle avec le piston (10) en position basse. La raideur du ressort (15) est choisie d'une telle façon que la vanne (1) se met en équilibre lorsque la vitesse du carburant atteint par exemple 7 m/s. 25 Bien étendu, et sans sortir du cadre d'invention, le dispositif de restriction (7) peut être une vanne à guillotine, à obturateur élastomère, à boisseau sphérique, ou similaire. En référence à la figure 5 qui représente un deuxième mode de réalisation. Les 30 moyens d'actionnement (8) et le dispositif de restriction (7) sont identiques à ceux du première mode de réalisation et ne seront pas décrits à nouveau. La conduite (2) présente une section constante et comprend intérieurement une antenne de Prandtl (ou tube de Pitot) (19) connecté hydrauliquement aux moyens d'actionnement (8). L'antenne de - 8 - Prandtl (19) permet de soumettre le piston (10) à la différence de pression entre la pression totale du carburant qui circule dans la conduite, au niveau d'un premier orifice (20) et la pression statique du carburant au niveau d'un deuxième orifice (21). De manière connue, cette différence de pression est aussi liée à la vitesse de circulation du carburant 5 dans la conduite (2). Ainsi, la section de passage du carburant varie automatiquement jusqu'à ce que la vitesse du carburant atteigne une valeur seuil maximale prédéfinie, par exemple 7 m/s. En référence aux figures 6, 7 et 8 qui illustrent un troisième mode de réalisation, la 10 conduite (2) comprend un tube de Venturi (3), comprenant une zone élargie (4) d'entrée, une zone rétrécie (5) et une zone élargie (6) de sortie. Le dispositif de restriction (7) est disposé dans la zone élargie (6) de sortie. La vanne (1) comprend un vérin principal (9) comprenant le piston (10) monté coulissant entre la première chambre (11) et la deuxième chambre (12) de volumes variables. Le piston (10) est assujetti à un ressort (15) qui tend à 15 déplacer le piston (10) dans une position correspondant à une ouverture minimale du dispositif de restriction (7). Il est à noter que, contrairement aux modes de réalisation précédents, la position haute du piston (10) correspond à l'obturation maximale tandis que la position basse correspond à l'obturation minimale. 20 La première chambre (11) du vérin principal (9) est connectée directement et hydrauliquement à la zone élargie (4) de la conduite (2). Sa deuxième chambre (12) est connectée hydrauliquement à un vérin secondaire (22). Le vérin secondaire (22) comprend un piston (23) monté coulissant entre une 25 première (24) chambre et une deuxième (25) chambre de volumes variables. La première chambre (24) du vérin secondaire (22) est connectée directement et hydrauliquement à la zone rétrécie (5) du tube de Venturi (3) et comprend un ressort (28) qui tend à repousser le piston (23) du vérin secondaire (22) vers la deuxième chambre (25). La deuxième chambre (25) du vérin secondaire (22) est connectée directement et hydrauliquement à 30 une zone élargie (4) du tube de Venturi (3). La deuxième chambre (12) du vérin principal (9) étant, selon le coulissement du piston (23), en communication hydraulique soit avec la première chambre (24) du vérin secondaire (22) (Cf figures 6 et 7), soit partiellement - 9 - avec la deuxième chambre (25) du vérin secondaire (22) (Cf. figure 8) pour créer une fuite de carburant. Lorsque le vérin secondaire (22) met en communication la deuxième chambre (12) 5 du vérin principal (9) avec une zone élargie (4) du tube de Venturi (3), un circuit hydraulique est établi entre la zone élargie (4) du tube de Venturi (3), la deuxième chambre (25) du vérin secondaire (22), la deuxième chambre (12) du vérin principal (9) et la zone rétrécie (5) du tube de Venturi (3), de sorte que le carburant peut circuler entre ces éléments, comme représenté par des flèches F1 à F5. Pour empêcher le retour de carburant 10 vers la deuxième chambre (12) du vérin principal (9) depuis la conduite (2), une vanne anti-retour (27) est avantageusement disposée entre la zone rétrécie (5) de la conduite (2) et ladite chambre (12). Ainsi en l'absence de circulation de carburant (cf. Fig. 6), le dispositif de restriction 15 (7) est en position d'obturation maximale de fermeture. Ce mode de réalisation permet de faire varier la section de passage seulement si la vitesse de carburant dépasse un seuil minimal prédéfini, et permet également de sécuriser la vanne (1) contre la défaillance des moyens d'actionnement (8). 20 Lorsque le carburant commence à circuler (cf Fig. 7), comme représenté par la flèche Fc, une différence de pression apparait entre la pression statique P1 dans la zone élargie (4) et la pression statique P2 dans la zone rétrécie (5). De cette manière, le piston (10) du vérin principal (9) est poussé vers la deuxième chambre (12) par ladite différence de pression et entraine l'actionnement du dispositif de restriction (7) en position 25 d'obturation minimale. Lorsque la vitesse de carburant augmente et atteint la valeur limite, par exemple 7 m/s (cf Fig. 8), la différence de pression entre la pression statique P1 dans la zone élargie (4) et la pression statique P2 dans la zone rétrécie (5) augmente. De cette manière, 30 le piston (23) du vérin secondaire (22) est poussé par ladite différence vers la première chambre (24) du vérin secondaire (22) contre le ressort (28) et met en communication la zone élargie (4) du tube de Venturi (3), la deuxième chambre (25) du vérin secondaire (22), la deuxième chambre (12) du vérin principal (9) et la zone rétrécie (5) du tube de - 10 Venturi (3). Une conduite (26) qui se trouve entre la deuxième chambre (25) du vérin secondaire (22) et la deuxième chambre (12) du vérin principal (9) se trouve partialement obturée par le piston (23) du vérin secondaire (22). Ainsi, du fait de pertes de charge, la pression P3 dans la deuxième chambre (12) du vérin principal (9) est plus élevée que la 5 pression P2, mais inférieure à la pression Pl. De cette manière, l'effort dû à la différence de pression sur le piston (10) du vérin principal (9) diminue, et le ressort (15) déplace le piston (10) vers le haut pour mettre le dispositif de restriction (7) en position d'obturation partielle. En résultat, le débit et la vitesse du carburant sont diminués. Les raideurs de ressorts (15, 28) sont choisies d'une telle façon que la vanne (1) se met en équilibre 10 lorsque la vitesse du carburant est égale à 7 m/s. De cette manière la section de passage du carburant varie automatiquement jusqu'à ce que la vitesse du carburant atteigne une valeur seuil maximale, par exemple 7 m/s. La vitesse du carburant ne dépasse pas cette vitesse limite et le débit est maximal quelle que soit la nature, notamment la température, du carburant circulant dans la conduite (2). REVENDICATIONS1. Procédé de circulation de carburant dans une conduite (2) de remplissage d'un réservoir d'un aéronef caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier automatiquement et mécaniquement la section de passage du carburant jusqu'à ce que le carburant atteigne une vitesse seuil maximale. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de passage du carburant varie automatiquement en fonction d'une différence de pression entre deux points dans la conduite (2). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de passage est restreinte automatiquement lorsque la vitesse de circulation du carburant est nulle. 15 4. Vanne (1) connectée à une conduite (2) de remplissage d'un réservoir de carburant d'un aéronef pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de restriction (7) de la section de passage du carburant, apte, lorsque du carburant circule dans la conduite (2), à faire varier 20 automatiquement la section de passage du carburant jusqu'à ce que la vitesse du carburant atteigne une valeur seuil maximale. 5. Vanne (1) selon la revendication 4 caractérisée en ce que le dispositif de restriction (7) est assujetti à des moyens d'actionnement (8) du dispositif de restriction (7) 25 en fonction d'une différence de pression entre deux points dans la conduite (2). 6. Vanne (1) selon la revendication 5 caractérisée en ce que les moyens d'actionnement (8) comprennent un vérin principal (9) comprenant un piston (10) monté coulissant entre une première chambre (11) et une deuxième chambre (12) de volumes 30 variables, les première (11) et deuxième (12) chambres étant chacune reliée en pression à la conduite (2) en au moins un point, le piston (10) étant connecté mécaniquement au dispositif de restriction (7) de sorte que le coulissement du piston (10) entraine l'actionnement (8) du dispositif de restriction (7). - 12 7. Vanne (1) selon la revendication 6 caractérisée en ce que le piston (10) est assujetti à un organe élastique de rappel (15) qui tend à déplacer le piston (10) dans une position correspondant à une ouverture maximale ou minimale du dispositif de restriction (7). 5 8. Vanne (1) selon la revendication 6 caractérisée en ce que les première (11) et deuxième (12) chambres du vérin principal (9) sont reliées en pression à la conduite (2) par l'intermédiaire d'une antenne de Prandtl (19). 10 9. Vanne (1) selon la revendication 6 caractérisée en ce que la conduite (2) comprend un tube de Venturi (3), et les première (11) et deuxième (12) chambres du vérin sont respectivement reliées en pression à une zone élargie (4) et à une zone rétrécie (5) du tube de Venturi (3). 10. Vanne (1) selon la revendication 9 caractérisée en ce que la première chambre (11) du vérin principal (9) est connectée directement et hydrauliquement à la conduite (2), et la deuxième chambre (12) est connectée hydrauliquement à un vérin secondaire (22) comprenant un piston (23) monté coulissant entre une première chambre (24) et une deuxième chambre (25) de volumes variables, la première chambre (24) du vérin secondaire (22) comprend un organe élastique de rappel (28) qui tend à repousser le piston (23) vers la deuxième chambre (25) et est connectée directement et hydrauliquement à la zone rétrécie (5) du tube de Venturi (3), la deuxième chambre (25) du vérin secondaire (22) est connectée directement et hydrauliquement à une zone élargie (4) du tube de Venturi (3), la deuxième chambre (12) du vérin principal (9) étant, selon le coulissement du piston (23), en communication hydraulique soit avec la première chambre (24) du vérin secondaire (22), soit partiellement avec la deuxième chambre (25) du vérin secondaire (22). 11. Vanne (1) selon la revendication 4 caractérisée en ce que le dispositif de restriction (7) est un diaphragme réglable (17).