Brevet FR3133676A1 — publié le 20230922

Procédé de surveillance d’un connecteur d’alimentation d’un dipôle chauffant (1a) disposé dans au moins une vitre (1) d’un aéronef, le connecteur électrique (1b) comportant deux contacts électriques pour l'alimentation du dipôle à travers un dispositif de commande comprenant un interrupteur commandé commandant l'alimentation du dipôle, le dispositif de surveillance étant muni des moyens de mesure de la chute de tension à travers au moins un contact électrique du connecteur, le procédé comprenant les étapes suivantes : détermination que le dipôle chauffant (1a) est alimenté, mesure de la chute de tension à travers un contact électrique du connecteur d’alimentation (1b), comparaison de la tension mesurée à une première valeur de seuil prédéterminée, lorsque la tension mesurée est supérieure à la première valeur de seuil prédéterminée, modification d'une information d'état du contact, indiquant un état dégradé. Figure pour l’abrégé : Fig 1 Dispositif et procédé de surveillance d’au moins un contact d’un dipôle chauffant d'une vitre d’aéronef. L’invention a pour domaine technique la protection électrique des connecteurs d'alimentation, et plus particulièrement la protection du connecteur d'alimentation d'un dipôle chauffant d'une vitre d'aéronef. Techniques antérieures Les aéronefs sont régulièrement confrontés à des conditions atmosphériques dans lesquelles du givre peut se former sur la face externe des vitres et de la condensation de vapeurs d'eau se former sur la face interne des vitres. Le givre peut affecter la portance de l’appareil ou bloquer les actionneurs de vol ou brouiller la vue des pilotes en créant une couche de glace sur les vitres du cockpit. Pour contrer une telle apparition de glace sur les vitres du cockpit, la plupart des aéronefs modernes sont munis de systèmes électriques de dégivrage des vitres basés sur la chaleur dégagée par conduction d'un courant dans une résistance chauffante intégrée dans la vitre, typiquement entre des plis de plexiglas transparent de la vitre. Un principe similaire est employé pour le désembuage d’une vitre d’un aéronef. Dans les deux cas, la résistance chauffante est un dipôle électrique comprenant un connecteur d'alimentation à deux contacts pour permettre sa connexion à une source d'alimentation en tension continue DC ou en tension alternative AC. Cette connexion est pilotée par un organe de commande de dégivrage, pour alimenter le dipôle chauffant (dégivrage actif) de manière à amener l'intérieur de la vitre à une température suffisante, ou ne pas l'alimenter (dégivrage inactif) selon les phases et conditions de vol. Selon le type d'aéronef, ce connecteur d'alimentation du dipôle chauffant de vitre peut-être du type bornier double disposé le long d'un bord de vitre, pour être raccordé à deux contacts correspondants du dispositif de commande de dégivrage. Le connecteur d'alimentation peut encore se présenter sous forme de deux borniers simples, un par extrémité du dipôle, disposés sur deux bords différents de la vitre, par exemple deux bords opposés. L'étude de l’accidentologie récente montre des incidents de type départ de feu au niveau de ces connecteurs d'alimentation de dipôle chauffant des dispositifs de dégivrage des aéronefs, et ce indépendamment du type d'aéronef. Ces incidents sont causés par une détérioration des contacts électriques dans le connecteur d'alimentation du dipôle chauffant, tel que des arcs électriques séries peuvent se produire, jusqu'à causer des départs de feu. Des causes possibles de cette détérioration peuvent être : - un défaut du revêtement d'étanchéité du connecteur d'alimentation dû à un problème de fabrication. En effet, des phénomènes de condensation de vapeur d’eau peuvent apparaitre sur la paroi intérieure de la vitre, pouvant amener de l’eau en contact avec le connecteur d'alimentation. Un défaut d’étanchéité peut alors mener à un court-circuit de l’alimentation électrique ; - une dégradation du revêtement d’étanchéité du connecteur d'alimentation, sous l'effet des cycles répétés de variations de température : lorsque la vitre passe rapidement d’une température très chaude à une température très froide (parcage de l’avion au soleil prolongé suivi d’un décollage) ou lorsque le connecteur d'alimentation est installé en bord du dipôle chauffant. Dans ce dernier cas, on rappelle que la température du cockpit est généralement d’environ 20°C. Par contre, en fonctionnement, la température interne de l’élément chauffant est d’une cinquantaine de degrés. La vitre et le connecteur d'alimentation sont alors soumis à des stress thermiques importants lors de l’alimentation du dipôle chauffant. L’ensemble de ces phénomènes peut entrainer une perte d’isolement électrique. Cette perte d'isolement couplée à une tension de service élevée pour l'alimentation des systèmes de dégivrage, typiquement plus de 100V, favorise l'apparition d'arcs électriques séries sur un ou les deux contacts électriques reliés au dipôle chauffant (charge résistive). Dans un tel cas, la puissance électrique consommée au niveau d'un contact électrique dégradé peut provoquer une augmentation locale de température suffisant à entraîner la combustion des matériaux isolants et combustibles à l’intérieur du connecteur d'alimentation. Les dispositifs de dégivrage comprennent de manière habituelle des dispositifs de protection conçus pour détecter des défauts électriques et prévenir tout départ de feu en coupant l'alimentation. Ils sont basés sur la détection de courant consommé par chaque dipôle chauffant. Le principe est de vérifier que le courant mesuré reste bien dans une plage nominale de fonctionnement, qui est fonction des caractéristiques du dipôle chauffant intégré dans la vitre considérée, notamment la variabilité de la résistance du dipôle chauffant en fonction des conditions de fonctionnement et des caractéristiques du réseau électrique de l'aéronef. Si le courant mesuré se situe en dehors de cette plage nominale, cela révèle un défaut électrique du dispositif de dégivrage, tel qu'un défaut de type circuit ouvert ou court-circuit au niveau d'un contact électrique du connecteur d'alimentation, et une mise en sécurité est actionnée, qui consiste à couper l'alimentation du dipôle concerné. Un interrupteur différentiel peut en outre être prévu pour couper l'alimentation du dipôle chauffant lorsqu'un courant de fuite supérieur à un seuil de déclenchement est détecté. L'accidentologie révèle que ces dispositifs de protection basés sur la mesure du courant consommé par le dipôle ou du courant de fuite, ne se déclenchent pas ; c’est-à-dire qu'ils sont inefficaces pour détecter à temps une dégradation physique des contacts électriques des connecteurs d'alimentation de ces dipôles chauffant, à l'origine des incidents indiqués plus haut. On a pu montrer que cela peut s'expliquer notamment par une dégradation physique d'un ou des contacts électriques du connecteur d'alimentation du dipôle chauffant à l'origine de ces incidents, qui se traduit au plan électrique par une augmentation de l'ordre de quelques milliohms par rapport à la résistance électrique du contact électrique. Sachant que les deux contacts électriques du connecteur sont en série avec la résistance du dipôle chauffant, qui est généralement de l’ordre de 10 à 50 ohms, la variation de résistance induite par la dégradation d'un ou des contacts électriques du connecteur n'est pas significative, de l'ordre de 1% de la résistance totale du dipôle, pour pouvoir être détectée par les dispositifs de surveillance habituels basés comme expliqué ci-dessus sur la mesure du courant consommé par le dipôle. Également l'auto-échauffement du contact électrique causé par sa dégradation peut causer un départ de feu avant même d'induire un courant de fuite décelable par l'interrupteur différentiel. De façon générale, lorsqu’un courant de forte puissance circule dans un connecteur d'alimentation non dégradé, tant que la chute de tension mesurée au travers d'un contact électrique reste inférieure à une valeur de seuil prédéterminée le réchauffage de la vitre est autorisé. Lorsque les connecteurs d'alimentation ne sont pas dégradés, la chute de tension mesurée au travers d'un contact électrique du connecteur est inférieure à une valeur seuil prédéterminée, qui en pratique est fonction du dipôle concerné (dimensionnement du dipôle et du courant d'alimentation fonction de la vitre concernée, pour dissiper la puissance nécessaire à la fonction de réchauffage). On prend l’exemple d’un dipôle chauffant alimenté entre deux phases d’un réseau triphasé 115V/400Hz, qui présente une résistance de 10ohms. Ces valeurs sont typiques d’un dipôle chauffant de vitre d’un avion long courrier. Le courant nominal dans le dipôle chauffant est alors le suivant : Considérons un contact électrique du connecteur d'alimentation, qui raccorde un fil d'alimentation en courant à la résistance chauffante du dipôle. Lorsque le contact électrique n’est pas dégradé, la résistance à travers le contact électrique est par exemple égale à 1 mΩ. La tension mesurée à travers le contact électrique considéré est alors inférieure à , et la puissance dissipée par le contact électrique est inférieure à . Cette puissance dissipée dans le contact électrique entraine un échauffement limité au niveau du contact électrique qui reste à une température maximale inférieure à celle qui pourrait provoquer une combustion spontanée des matériaux combustibles à l'intérieur du bornier. Toujours dans le cadre de l'exemple indiqué ci-avant, d'un dipôle chauffant alimenté avec un courant de 20A RMS et d'un contact électrique dont la résistance nominale était de 1mΩ, on considère maintenant une dégradation du contact électrique, telle que sa résistance est augmentée significativement, devenant par exemple égale à 5mΩ. La chute de tension aux contacts du contact électrique dégradé est alors sensiblement égale à , et la puissance dissipée dans ce contact électrique est sensiblement égale à . La puissance de 2W dissipée par le contact électrique est ainsi sensiblement supérieure à la puissance de 400mW dissipée dans le cas où il n'est pas dégradé, et est susceptible d'accélérer sa dégradation. L'incapacité des dispositifs de protection actuels à empêcher de tels départs de feu, a des conséquences coûteuses opérationnelles et de sécurité : usage d'extincteurs dans les cockpits, atterrissage et évacuation d’urgence ; opérations d’inspection des vitres d’une flotte d'aéronefs suite à un incident de ce type sur un de ces aéronefs. L'invention a pour objet d'apporter une solution technique à ces problèmes, en proposant un dispositif de surveillance d’un système de dégivrage apte à déterminer suffisamment tôt qu’un connecteur d'alimentation d'un dipôle chauffant d’une vitre d’un aéronef est dans un état dégradé, afin d'éviter tout départ de feu au niveau de ce connecteur. L’invention a pour objet un procédé de surveillance d’un connecteur d'alimentation d'un dipôle chauffant disposé dans au moins une vitre d’un aéronef, le connecteur d'alimentation comportant au moins deux contacts électriques pour l'alimentation du dipôle à travers un dispositif de commande comprenant un interrupteur commandé commandant l'alimentation du dipôle, un dispositif de surveillance étant muni de moyens de mesure de la chute de tension à travers au moins un contact électrique du connecteur d'alimentation. Le procédé de surveillance comprend les étapes suivantes : détermination que le dipôle chauffant est alimenté, mesure de la chute de tension à travers un contact électrique du connecteur d'alimentation, comparaison de la tension mesurée à une première valeur de seuil prédéterminée, modification d'une information d'état du contact, indiquant un état dégradé lorsque la chute de tension mesurée est supérieure à ladite première valeur de seuil prédéterminée. Dans un perfectionnement, on peut définir une deuxième valeur de seuil supérieure à la première valeur de seuil, telles que si la tension mesurée est inférieure à la première valeur de seuil mais supérieure à la deuxième valeur de seuil, le dispositif de commande maintient l'alimentation du dipôle chauffant, et un indicateur d'alerte est activé, pour une maintenance préventive, à destination de l'équipage de l'aéronef et/ou d'un centre de maintenance au sol. Cet indicateur d'alerte peut être en pratique un message transmis via une interface homme-machine et un calculateur de l'aéronef. Lorsque la tension mesurée est ou devient supérieure à la première valeur de seuil, le dispositif de commande commute un interrupteur d'alimentation du dipôle chauffant de sorte qu’il soit non passant. Le procédé de surveillance selon l'invention peut être un processus de surveillance continue qui est actif lorsque le dipôle chauffant est alimenté. On mesure en continu la chute de tension dans le contact électrique, et à chaque itération du processus de surveillance, on compare la tension mesurée à un ou deux seuils de détection comme indiqué ci-dessus, permettant la mise en sécurité du dipôle chauffant (1 seuil), voire une maintenance préventive (2 seuils). On entend par maintenance préventive le fait de détecter suffisamment tôt une dégradation, de sorte qu'il est possible de laisser le dipôle chauffant remplir sa fonction (pas de rupture de service) jusqu'à l'atterrissage de l'aéronef, l'équipage ou les services de maintenance étant alertés par l'information de statut dégradé du connecteur d'alimentation (d'au moins un de ses contacts électriques), et d'effectuer au sol les opérations de contrôle et réparation nécessaires. Selon un aspect de l'invention, on peut prévoir en outre une analyse dynamique de l'évolution de cette tension au travers du contact électrique du connecteur d'alimentation du dipôle chauffant, aux fins de mesure de la fréquence des occurrences d'arcs électriques sur le contact électrique concerné, et comparer cette fréquence à au moins un seuil de fréquence, dans le but d'activer la mise en sécurité par coupure de l'alimentation du dipôle chauffant en cas de dépassement du seuil. On peut exploiter ici le fait que des arcs électriques intermittents sur un contact électrique du connecteur d'alimentation d'un dipôle chauffant alimenté par un courant d'alimentation fixe se traduisent par des variations rapides de tension aux contacts du contact électrique que l'on sait détecter. On sait aussi que la dégradation progressive du contact électrique entraîne une augmentation de la fréquence des occurrences de ces arcs électriques intermittents. Ainsi la fréquence des occurrences d'arcs électriques série est avantageusement utilisée dans la présente invention comme indicateur complémentaire d'un niveau de dégradation d'un contact électrique. Un tel indicateur de fréquence des occurrences d'arc électrique se produisant sur une connexion série d'un contact électrique (du connecteur) avec une charge (le dipôle chauffant) peut être obtenu par une analyse dynamique de la mesure de tension aux contacts du contact électrique, comprenant les opérations de détecter des variations de tension aux contacts du contact électrique correspondant à des arcs électriques intermittents, c’est-à-dire celles ayant une amplitude en valeur absolue supérieure à un seuil minimal de tension et une pente suffisamment raide, ce qui est facilement obtenu par calcul de la dérivée de tension et comparaison à un seuil. Le procédé de surveillance selon l'invention peut alors déterminer, à partir de la mesure de tension au travers d'au moins un contact électrique du connecteur d'alimentation du dipôle chauffant, le nombre d'occurrences de telles variations de tension associées à des arcs électriques intermittents, pour en comparer la fréquence à au moins un seuil. En d’autres termes, on peut déterminer si la chute de tension au niveau du connecteur d'alimentation subit un taux de variation supérieur à un taux de variation de seuil prédéterminé associé à la formation d’arc électriques, puis on peut réaliser un comptage du nombre d’occurrences au cours desquelles le taux de variation de la chute de tension au niveau du connecteur est supérieur en valeur absolue au taux de seuil prédéterminé, on peut comparer la fréquence d’occurrence des variations à un seuil de fréquence d’occurrence, et, lorsque la fréquence d’occurrence des variations est supérieure au seuil de fréquence d’occurrence, on peut interrompre l’alimentation du dipôle chauffant et on peut émettre un message de maintenance préventive à destination de l’interface homme machine dans le cockpit et/ou à destination du centre de maintenance. On peut déterminer le nombre d’occurrences des variations de la chute de tension sur une période de temps glissante, notamment une seconde. Pour déterminer si le dipôle chauffant est alimenté, on peut mesurer le courant circulant dans le dipôle chauffant, on peut communiquer avec la source de puissance alimentant le dipôle chauffant ou on peut communiquer avec un moyen de commande commandant au moins un relais commandé disposé entre le dipôle chauffant et la source de puissance et/ou la source de puissance. Le procédé peut s'appliquer de préférence à chacun des deux contacts électriques du connecteur d'alimentation du dipôle chauffant d'une vitre, et de préférence à chacune des vitres d'un aéronef intégrant un dipôle chauffant. L’invention a également pour objet un système de surveillance d’un connecteur d’alimentation d’un dipôle chauffant d'une vitre d’un aéronef, incluant un dispositif de surveillance comprenant un moyen de calcul, une mémoire et un moyen de détermination de la tension d’au moins un contact du connecteur, le moyen de calcul étant configuré de sorte à réaliser les étapes de procédé tel que décrit ci-dessus. On peut utiliser pour la mesure de tension un dispositif du type trois fils ou quatre fils, muni d’au moins une connexion connectée entre le connecteur d'alimentation et un conducteur du dipôle chauffant. Un autre objet de l’invention est un aéronef muni d’un système de surveillance tel que décrit ci-dessus. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la illustre les principaux éléments d’un premier mode de réalisation d’un système de surveillance selon l’invention, - la illustre les principaux éléments d’un deuxième mode de réalisation d’un système de surveillance selon l’invention, et - la illustre les principales étapes d’un procédé de surveillance selon l’invention. Procédé de surveillance d’un connecteur d'alimentation (1b) d’un dipôle chauffant (1a) disposé dans au moins une vitre (1) d’un aéronef, le connecteur d'alimentation (1b) comportant au moins deux contacts électriques (c1,c2) pour l'alimentation du dipôle chauffant (1a) à travers un dispositif de commande (2) comprenant au moins un interrupteur commandé (2c,2d) commandant l'alimentation du dipôle, un dispositif de surveillance (4) étant muni de moyens de mesure (4c,4d) de la chute de tension à travers au moins un contact électrique (c1,c2) du connecteur d'alimentation , le procédé comprenant les étapes suivantes : détermination que le dipôle chauffant (1a) est alimenté, mesure de la chute de tension à travers un contact électrique du connecteur d'alimentation (1b), comparaison de la tension mesurée à une première valeur de seuil prédéterminée, lorsque la tension mesurée est supérieure à la première valeur de seuil prédéterminée, modification d'une information d'état du contact, indiquant un état dégradé. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on définit une deuxième valeur de seuil inférieure à la première valeur de seuil, on détermine si la tension mesurée est inférieure à la première valeur de seuil et supérieure à la deuxième valeur de seuil, si tel est le cas, on maintient l’alimentation du dipôle chauffant (1a) et on émet un message de maintenance préventive à destination de l’interface homme machine dans le cockpit et/ou à destination du centre de maintenance. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lorsque la tension mesurée est supérieure à la première valeur de seuil, on interrompt l’alimentation du dipôle chauffant en commutant un interrupteur d’alimentation du dipôle chauffant de sorte qu’il soit non passant. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel on détermine si la chute de tension au niveau du connecteur d'alimentation (1b) subit un taux de variation supérieur à un taux de variation de seuil prédéterminé associé à la formation d’arc électriques, puis on réalise un comptage du nombre d’occurrences au cours desquelles le taux de variation de la chute de tension au niveau du connecteur est supérieur en valeur absolue au taux de seuil prédéterminé, on compare la fréquence d’occurrence des variations à un seuil de fréquence d’occurrence, et, lorsque la fréquence d’occurrence des variations est supérieure au seuil de fréquence d’occurrence, on interrompt l’alimentation du dipôle chauffant et on émet un message de maintenance préventive à destination de l’interface homme machine dans le cockpit et/ou à destination du centre de maintenance. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le comptage du nombre d’occurrences des variations de la chute de tension est réalisé sur une période de temps glissante, notamment une seconde. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, pour déterminer si le dipôle chauffant (1a) est alimenté, on mesure le courant circulant dans le dipôle chauffant (1a), on communique avec la source de puissance (2a) alimentant le dipôle chauffant (1a) ou on communique avec un moyen de commande (2b) commandant au moins un relais commandé disposé entre le dipôle chauffant (1a) et la source de puissance (2a) et/ou la source de puissance (2a). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on mesure la chute de tension à travers un contact d’un connecteur (1b) par une mesure à trois fils ou une mesure à quatre fils. Système de surveillance d’un connecteur d’alimentation d’un dipôle chauffant (1a) d’une vitre (1) d’un aéronef, incluant un dispositif de surveillance (4) comprenant un moyen de calcul (4a), une mémoire (4b) et un moyen de détermination (4c,4d) de la tension d’au moins un contact du connecteur d’alimentation (1b), le moyen de calcul (4a) étant configuré de sorte à réaliser les étapes de procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Système de surveillance selon la revendication 8, dans lequel un dispositif de mesure (4c,4d) de tension est un dispositif de mesure de tension à quatre fils, muni de deux connexions connectées respectivement de part et d’autre d’un contact du connecteur d'alimentation (1b). Système de surveillance selon la revendication 8, dans lequel un dispositif de mesure (4c,4d) de tension est un dispositif de mesure de tension à trois fils, muni d’une connexion connectée entre le connecteur d'alimentation (1b) et un conducteur (1c) du dipôle chauffant (1a). Aéronef muni d’un système de surveillance selon l’une quelconque des revendications 8 à 10.