FR2885879A1 - Fuel e.g. kerosene, tank for wing box of aircraft, has perforated baffle forming compartments in which fuel is free to circulate and including reinforcements around circular perforations - Google Patents

Abstract

The tank has a perforated baffle (3) fixed vertically on a wing box by flexible latches (7) and forming compartments (2a-2e) in which a fuel (6) is free to circulate. The box has a rear wall (4a) and a front wall (4b), and the baffle has a set of circular perforations (5) and reinforcements around the perforations. The latches include a spring for providing certain elasticity between the baffle and a panel of the box. An independent claim is also included for an aircraft comprising a fuel tank.

Description

Domaine de l'invention
Réservoir de carburant pour véhicule apte à résister à un choc L'invention concerne un réservoir de carburant pour véhicule, apte à résister à un choc. Elle concerne, en particulier, un réservoir de carburant pour aéronef, susceptible de résister à la pression du carburant lors d'un crash. L'invention concerne également un aéronef comportant un tel réservoir de carburant.
L'invention trouve des applications dans le domaine de la sécurité des véhicules et, notamment, de la sécurité des réservoirs de carburant, en particulier, dans les aéronefs.Field of the invention
The invention relates to a fuel tank for vehicle capable of withstanding an impact. It relates, in particular, a fuel tank for aircraft, capable of withstanding the fuel pressure during a crash. The invention also relates to an aircraft comprising such a fuel tank.
The invention has applications in the field of vehicle safety and, in particular, the safety of fuel tanks, in particular in aircraft.

Etat de la technique
Dans le domaine de l'aéronautique, des normes sont établies pour que les aéronefs puissent résister le mieux possible à un crash. Pour répondre à ces normes, les réservoirs de carburant doivent être dimensionnés pour ne pas se briser, en cas de crash, et éviter toute fuite de carburant vers la cabine de l'aéronef.
Dans un aéronef, le réservoir de carburant est généralement situé dans le caisson de voilure. Du fait de l'arrêt brutal de l'aéronef lors d'un crash, le carburant, par exemple du kérosène, peut être projeté relativement fort sur les parois du réservoir, c'est-à-dire sur les panneaux du caisson de voilure, provoquant des efforts importants sur la structure du réservoir. Cette structure peut alors être endommagée. Par exemple, en cas de crash avant, la pression du carburant sur la structure peut endommager les parois verticales du réservoir, le longeron avant, les ferrures qui raidissent ce longeron ou encore les cornières qui relient les longerons aux panneaux du caisson. En effet, sous l'effet de la pression, la paroi verticale du réservoir tend à se briser, le longeron ainsi que les ferrures ont tendance à se déformer et les cornières ont tendance à se plier.
Pour limiter les conséquences de cette pression du carburant sur la structure, il est classique de renforcer la structure du réservoir par un ajout de matière. Les parois verticales du réservoir sont renforcées et sont, ainsi, rendues plus résistantes en cas de crash. Cet ajout de matière entraîne une augmentation de la masse de la structure, utile en cas de crash, mais inutile dans le cadre de vie normal d'un aéronef. Cet ajout de masse est donc pénalisant pour l'aéronef, dans le cas de vols normaux. En conséquence, le renfort de la structure du réservoir, par ajout de matière, pénalise la masse totale de l'aéronef, pour toute sa durée de vie, en prévision d'un éventuel crash.
Exposé de l'invention L'invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des techniques exposées précédemment. A cette fin, l'invention propose un réservoir de carburant, notamment pour aéronef, comportant au moins une cloison perforée permettant de compartimenter le réservoir tout en assurant une libre circulation du carburant à l'intérieur du réservoir. Cette cloison perforée a l'avantage de diminuer l'énergie cinétique du carburant, en cas de crash, et donc de limiter la pression du carburant sur les parois du réservoir. Cette cloison perforée peut être réalisée dans un matériau léger, tel qu'une bâche.
De façon plus précise, l'invention concerne un réservoir de carburant pour véhicule comportant un caisson fermé apte à recevoir du carburant, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cloison perforée formant au moins deux compartiments dans le caisson et assurant une diminution de l'énergie cinétique du carburant en cas de crash.
Le réservoir de carburant selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la cloison est fixée verticalement dans le caisson, - la cloison est fixée sur le caisson par des attaches flexibles, - les attaches flexibles comportent des ressorts, - la cloison est en matériau souple, - le matériau formant la cloison est inaltérable par le carburant et par un gaz inerte, - la cloison comporte des renforts autour des perforations.
L'invention concerne également un aéronef comportant un tel réservoir de carburant.
Brève description des dessins La figure 1 représente de façon schématique un aéronef équipé d'un réservoir de carburant selon l'invention. La figure 2 représente un exemple de cloison perforée pour réservoir de carburant selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La figure 1 représente schématiquement un aéronef 1 équipé d'un réservoir de carburant selon l'invention. Comme la plupart des réservoirs de carburant d'aéronefs, le réservoir de carburant 2 de l'invention est réalisé dans un caisson de voilure de l'aéronef 1. Ce caisson de voilure comporte des parois verticales, en particulier, une paroi avant 4b et une paroi arrière 4a. Il comporte également un toit de caisson 4c et un fond de caisson 4d. L'espace délimité par ces parois 4a - 4d contient le carburant de l'avion.
Les parois 4a et 4b du caisson sont réalisées par des longerons. Un longeron est une pièce de structure longitudinale, relativement lourde, destinée à retenir des panneaux entre eux, à l'intérieur du fuselage. Dans un caisson de voilure, les longerons retiennent le toit du caisson et le fond du caisson. Les longerons formant les parois 4a et 4b du réservoir 2 sont généralement raidis au moyen de ferrures et fixés sur les panneaux au moyen de cornières. Les cornières sont des pièces d'angle qui relient les longerons aux panneaux, fermant ainsi le caisson.
Dans l'invention, le réservoir de carburant 2 est divisé en plusieurs compartiments 2a - 2e communicants. La séparation du réservoir en plusieurs compartiments est réalisée au moyen de cloisons perforées. Le nombre de compartiments peut varier en fonction du type de l'avion, de la taille du réservoir de carburant et des caractéristiques de l'avion et du réservoir. Dans l'exemple de la figure 1, le réservoir 2 est divisé en cinq compartiments. Cette division est réalisée au moyen de quatre cloisons perforées. Plus précisément, dans l'exemple de la figure 1, le réservoir 2 comporte quatre cloisons perforées 3a, 3b, 3c et 3d formant cinq compartiments 2a, 2b, 2c, 2d et 2e. Ces cloisons 3a - 3d étant perforées, elles permettent une libre circulation du carburant 6 dans le réservoir 2. Le carburant 6 est donc réparti uniformément dans l'ensemble du réservoir 2.
Cette compartimentation du réservoir 2 permet de diminuer la colonne de carburant s'appuyant sur la paroi 4b en cas de crash, réduite au compartiment 2e le plus proche de la paroi avant 4b du réservoir. On diminue ainsi la pression du carburant sur cette paroi, dans ce cas de figure. Autrement dit, lors d'un crash avant, le déplacement du carburant, dans le réservoir, est freiné par les différentes cloisons perforées, le carburant ne pouvant se déplacer qu'à travers les perforations des cloisons. L'énergie cinétique du carburant dans le réservoir est ainsi diminuée.
Sur la figure 1, la référence 5 représente les perforations des cloisons perforées 3a - 3d. Il est entendu que le nombre de perforations et la taille des perforations peuvent être identiques pour chaque cloison ou, au contraire, différents en fonction de l'effet de dissipation d'énergie recherché et de l'énergie que la structure peut encaisser sans dommage. En d'autres termes, le nombre de perforations et la taille des perforations sont déterminés en fonction de l'énergie à amortir par chaque cloison perforée.
Sur la figure 1, on a représenté des cloisons perforées réparties régulièrement dans le réservoir. Ces cloisons perforées peuvent aussi être réparties de façon irrégulière selon l'effet de dissipation d'énergie recherché.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, chaque cloison perforée est réalisée dans un matériau souple, ayant une certaine élasticité et une rigidité suffisante pour ne pas casser en membrane ou, tout au moins, casser le plus tard possible en membrane, en cas de crash. En outre, ce matériau doit être le plus léger possible. Pour répondre à ces critères, la cloison perforée peut être réalisée dans une bâche ou un voile en caoutchouc.
De plus, le matériau dans lequel est réalisée la cloison perforée est résistant au carburant. Il est, de préférence, résistant également aux gaz inertes. En effet, dans certains cas, lorsque le carburant ne remplit pas totalement le réservoir, un gaz inerte peut être introduit dans le réservoir pour compléter le remplissage du réservoir, afin de limiter les risques d'explosion du réservoir. Il est donc intéressant que le matériau, dans lequel est réalisée la cloison perforée, ne puisse être altéré par le carburant et par le gaz inerte.
Comme montré sur la figure 1, les cloisons perforées sont fixées verticalement à l'intérieur du réservoir de carburant de façon à être sensiblement parallèles aux parois avant 4b et arrière 4a du réservoir 2. Chaque cloison perforée est fixée sur le réservoir au moyen d'attaches. Un exemple de cloison perforée avec attaches est représenté sur la figure 2.
Comme montré sur la figure 2, la cloison 3 est fixée par des attaches 7 sur le toit et le fond du caisson de voilure ainsi que sur les parois latérales de ce caisson. Ces attaches ont une bonne résistance en traction de façon à ne pas casser au moment de l'impact ou, tout au moins, à casser le plus tard possible au moment de l'impact.
En outre, ces attaches sont de préférence flexibles afin d'amortir le choc du carburant contre la cloison perforée au moment de l'impact. Pour cela, les attaches 7 peuvent comporter, par exemple, un ressort assurant une certaine élasticité entre la cloison perforée et le panneau du caisson sur lequel elle est fixée.
Dans l'exemple de la figure 2, la cloison perforée 3 comporte une pluralité de perforations 5, ou trous, de formes sensiblement circulaires. La forme, le nombre et l'emplacement de ces perforations 5 dépendent des caractéristiques du réservoir de carburant et des caractéristiques de l'avion. Ils sont optimisés en fonction de la tenue en membrane de la cloison ainsi que de la fluidité du carburant pour permettre une libre circulation du carburant et du gaz inerte à l'intérieur du réservoir.
Dans une variante de l'invention, les cloisons perforées comportent des renforts en bordure des perforations pour éviter tout déchirement des cloisons lors d'un impact.
On comprend de ce qui précède qu'une telle cloison perforée permet de diminuer la pression du carburant sur la paroi avant du caisson, en cas de crash avant. Elle permet, plus précisément, de diminuer les pics de pression dynamique appliqués par le carburant, au cours d'un choc, sur les parois verticales du réservoir, en dissipant l'énergie cinétique du carburant situé derrière la paroi verticale.
L'invention vient d'être décrite dans le cas d'un crash avant, ce qui correspond aux cas de crash les plus fréquents et les plus pénalisants. Il est entendu que le réservoir de l'invention est tout aussi efficace dans le cas de crash arrière.
La pression sur les cloisons perforées varie en fonction de la force du crash et de la quantité de carburant dans le réservoir. Lorsque la pression est relativement peu importante, la présence des cloisons perforées dans le réservoir suffit à limiter la pression du carburant sur les parois du réservoir, empêchant toute rupture du réservoir. Lorsque la pression est très importante, la cloison perforée peut céder en membrane ; de même les attaches peuvent céder sous l'effet de la traction. Dans ce cas, la rupture même de la cloison et/ou des attaches participe à la diminution de l'énergie d'impact sur les parois du réservoir.
Ainsi, lors d'un crash, une partie de l'énergie est dissipée par le passage du carburant à travers les perforations des cloisons (réduction de la section de passage, effet de viscosité, etc.) et par l'absorption du choc jusqu'à rupture des cloisons perforées et/ou des attaches. Les cloisons perforées absorbent donc une partie de l'impact, ce qui diminue fortement l'impact sur les parois verticales du réservoir. Ces parois verticales du réservoir peuvent, de ce fait, être allégées, ce qui entraîne un gain en masse de l'avion dans le cadre de vie normal de l'avion.State of the art
In the field of aeronautics, standards are set so that aircraft can withstand a crash as much as possible. To meet these standards, fuel tanks must be dimensioned so as not to break in the event of a crash, and to avoid fuel leakage to the cabin of the aircraft.
In an aircraft, the fuel tank is generally located in the wing box. Because of the sudden stop of the aircraft during a crash, the fuel, for example kerosene, can be projected relatively strong on the walls of the tank, that is to say on the panels of the wing box , causing significant efforts on the structure of the tank. This structure can then be damaged. For example, in the event of a front crash, the fuel pressure on the structure can damage the vertical walls of the tank, the front spar, the fittings that stiffen the spar or the angles that connect the side members to the panels of the box. Indeed, under the effect of pressure, the vertical wall of the tank tends to break, the spar and the fittings tend to be deformed and the angles tend to bend.
To limit the consequences of this fuel pressure on the structure, it is conventional to strengthen the structure of the tank by adding material. The vertical walls of the tank are reinforced and are thus made more resistant in case of crash. This addition of material causes an increase in the mass of the structure, useful in case of crash, but useless in the normal life of an aircraft. This mass addition is therefore penalizing for the aircraft, in the case of normal flights. As a result, the reinforcement of the tank structure, by adding material, penalizes the total mass of the aircraft, for its entire lifetime, in anticipation of a possible crash.
DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the invention is precisely to remedy the disadvantages of the techniques described above. To this end, the invention proposes a fuel tank, especially for aircraft, comprising at least one perforated partition to compartmentalize the tank while ensuring a free flow of fuel inside the tank. This perforated partition has the advantage of reducing the kinetic energy of the fuel, in the event of a crash, and therefore of limiting the fuel pressure on the walls of the tank. This perforated partition may be made of a light material, such as a tarpaulin.
More specifically, the invention relates to a fuel tank for a vehicle comprising a closed box capable of receiving fuel, characterized in that it comprises at least one perforated partition forming at least two compartments in the box and ensuring a reduction of the kinetic energy of the fuel in case of crash.
The fuel tank according to the invention may comprise one or more of the following characteristics: the partition is fixed vertically in the box, the partition is fixed on the box by flexible fasteners, the flexible fasteners comprise springs, the partition is of flexible material, - the material forming the partition is unalterable by the fuel and by an inert gas, - the partition has reinforcements around the perforations.
The invention also relates to an aircraft comprising such a fuel tank.
Brief Description of the Drawings Figure 1 schematically shows an aircraft equipped with a fuel tank according to the invention. FIG. 2 represents an example of a perforated partition for a fuel tank according to the invention.
DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION FIG. 1 schematically represents an aircraft 1 equipped with a fuel tank according to the invention. Like most aircraft fuel tanks, the fuel tank 2 of the invention is made in a wing box of the aircraft 1. This wing box comprises vertical walls, in particular a front wall 4b and a rear wall 4a. It also has a box roof 4c and a box bottom 4d. The space delimited by these walls 4a-4d contains the fuel of the aircraft.
The walls 4a and 4b of the box are made by longitudinal members. A spar is a piece of longitudinal structure, relatively heavy, for retaining panels between them, inside the fuselage. In a wing box, the side members hold the roof of the box and the bottom of the box. The stringers forming the walls 4a and 4b of the tank 2 are generally stiffened by means of fittings and fixed to the panels by means of angles. The angles are corner pieces that connect the side members to the panels, thus closing the box.
In the invention, the fuel tank 2 is divided into two communicating compartments 2a-2e. The separation of the reservoir into several compartments is carried out by means of perforated partitions. The number of compartments may vary depending on the type of aircraft, the size of the fuel tank and the characteristics of the airplane and tank. In the example of Figure 1, the tank 2 is divided into five compartments. This division is carried out by means of four perforated partitions. More specifically, in the example of Figure 1, the reservoir 2 comprises four perforated partitions 3a, 3b, 3c and 3d forming five compartments 2a, 2b, 2c, 2d and 2e. These partitions 3a - 3d are perforated, they allow free circulation of fuel 6 in the tank 2. The fuel 6 is distributed evenly throughout the tank 2.
This compartmentalization of the tank 2 makes it possible to reduce the fuel column resting on the wall 4b in the event of a crash, reduced to the second compartment closest to the front wall 4b of the tank. This reduces the fuel pressure on this wall, in this case. In other words, during a crash before, the movement of the fuel in the tank is slowed by the various perforated partitions, fuel can only move through the perforations of the partitions. The kinetic energy of the fuel in the tank is thus reduced.
In FIG. 1, the reference 5 represents the perforations of the perforated partitions 3a-3d. It is understood that the number of perforations and the size of the perforations may be identical for each partition or, conversely, different depending on the desired energy dissipation effect and the energy that the structure can cash without damage. In other words, the number of perforations and the size of the perforations are determined according to the energy to be damped by each perforated partition.
In Figure 1, there is shown perforated partitions distributed regularly in the tank. These perforated partitions can also be unevenly distributed according to the desired energy dissipation effect.
According to the preferred embodiment of the invention, each perforated partition is made of a flexible material, having a certain elasticity and rigidity sufficient not to break into a membrane or, at least, break as late as possible in membrane, in crash case. In addition, this material should be as light as possible. To meet these criteria, the perforated partition can be made in a tarpaulin or a rubber veil.
In addition, the material in which the perforated partition is made is resistant to fuel. It is preferably also resistant to inert gases. Indeed, in some cases, when the fuel does not completely fill the tank, an inert gas can be introduced into the tank to complete the filling of the tank, to limit the risk of tank explosion. It is therefore interesting that the material in which the perforated partition is made can not be altered by the fuel and by the inert gas.
As shown in FIG. 1, the perforated partitions are fixed vertically inside the fuel tank so as to be substantially parallel to the front walls 4b and rear 4a of the tank 2. Each perforated partition is fixed on the tank by means of fasteners. An example of a perforated partition with fasteners is shown in FIG.
As shown in Figure 2, the partition 3 is fixed by fasteners 7 on the roof and the bottom of the wing box and on the side walls of this box. These fasteners have a good tensile strength so as not to break at the moment of impact or, at least, to break as late as possible at the moment of impact.
In addition, these fasteners are preferably flexible to cushion the impact of fuel against the perforated partition at the time of impact. For this, the fasteners 7 may comprise, for example, a spring providing a certain elasticity between the perforated partition and the panel of the box on which it is fixed.
In the example of Figure 2, the perforated partition 3 comprises a plurality of perforations 5, or holes, of substantially circular shapes. The shape, number and location of these perforations depend on the characteristics of the fuel tank and the characteristics of the aircraft. They are optimized according to the membrane performance of the partition and the fluidity of the fuel to allow free circulation of fuel and inert gas inside the tank.
In one variant of the invention, the perforated partitions comprise reinforcements at the edges of the perforations to prevent any tearing of the partitions during an impact.
It is understood from the foregoing that such a perforated partition reduces the fuel pressure on the front wall of the box, in case of a crash before. It makes it possible, more precisely, to reduce the dynamic pressure peaks applied by the fuel, during an impact, on the vertical walls of the tank, by dissipating the kinetic energy of the fuel located behind the vertical wall.
The invention has just been described in the case of a crash before, which corresponds to the most frequent and penalizing crash cases. It is understood that the reservoir of the invention is equally effective in the case of rear crash.
The pressure on the perforated bulkheads varies depending on the crash force and the amount of fuel in the tank. When the pressure is relatively low, the presence of perforated partitions in the tank is sufficient to limit the fuel pressure on the tank walls, preventing any rupture of the tank. When the pressure is very important, the perforated partition may yield as a membrane; likewise, the fasteners may yield under the effect of traction. In this case, even the rupture of the partition and / or fasteners contributes to the reduction of the impact energy on the walls of the tank.
Thus, during a crash, part of the energy is dissipated by the passage of fuel through the perforations of the partitions (reduction of the passage section, viscosity effect, etc.) and by the absorption of the shock until 'to break the perforated partitions and / or fasteners. The perforated partitions thus absorb part of the impact, which greatly reduces the impact on the vertical walls of the tank. These vertical walls of the tank can, therefore, be lightened, resulting in a mass gain of the aircraft in the normal life of the aircraft.

REVENDICATIONS
1 - Réservoir (2) de carburant pour véhicule comportant un caisson fermé apte à recevoir du carburant (6), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cloison perforée (3) formant au moins deux compartiments (2a 2e) dans lesquels le carburant est libre de circuler et assurant une diminution de l'énergie cinétique du carburant en cas de crash. 1 - Fuel tank (2) for a vehicle comprising a closed box capable of receiving fuel (6), characterized in that it comprises at least one perforated partition (3) forming at least two compartments (2a 2e) in which the fuel is free to circulate and ensuring a decrease in the kinetic energy of the fuel in the event of a crash.

Claims (1)

2 - Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cloison perforée (3) est fixée verticalement sur le caisson. 3 - Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la cloison perforée (3) est en matériau souple. 4 - Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cloison perforée est fixée sur le caisson par des attaches flexibles (7). 5 - Réservoir selon la revendication 4, caractérisé en ce que les attaches flexibles (7) comportent des ressorts. 6 - Réservoir selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le matériau de la cloison perforée (3) est inaltérable par le carburant et par un gaz inerte. 7 - Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cloison perforée (3) comporte des renforts autour des perforations (5). 8 - Aéronef comportant un réservoir de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.2 - tank according to claim 1, characterized in that the perforated partition (3) is fixed vertically on the box. 3 - tank according to claim 1 or 2, characterized in that the perforated partition (3) is of flexible material. 4 - Tank according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the perforated partition is fixed on the box by flexible fasteners (7). 5 - Tank according to claim 4, characterized in that the flexible fasteners (7) comprise springs. 6 - Tank according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the material of the perforated partition (3) is unalterable by the fuel and an inert gas. 7 - Tank according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the perforated partition (3) has reinforcements around the perforations (5). 8 - Aircraft comprising a fuel tank according to any one of claims 1 to 7.