FR3001292A1 - Procede et dispositif de mesure de la concentration en agent d'extinction dans une zone feu - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif comprend des moyens de prélèvement d'un mélange gazeux dans une zone feu d'un aéronef et une unité (1-5) de mesure de la concentration en agent d'extinction dudit mélange gazeux prélevé dans ladite zone feu (9). L'unité de mesure comprend : • une chambre de mesure (3) traversée par ledit mélange gazeux, • un détecteur à rayonnement ultraviolet (1, 2) monté sur ladite chambre (3) pour générer un signal de sortie fonction de la concentration dudit agent dans ledit mélange gazeux circulant dans ladite chambre de mesure, et • un circuit électronique (5) de détermination de ladite concentration en fonction dudit signal de sortie.
Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure de la concentration d'un agent d'extinction dans une ou plusieurs zones d'un aéronef dans lesquelles un feu est susceptible de naitre, ci-après désignées zones feu, notamment dans une ou des zones feu d'un moteur d'aéronef. Les aéronefs, et en particulier leur(s) moteur(s), sont équipés d'un système de diffusion d'un agent d'extinction dans une ou plusieurs zones feu du où aurait pris naissance un feu, A cet effet, des réservoirs contenant l'agent d'extinction sont reliés par des canalisations à ces zones feu. Dans le cas des moteurs, ces réservoirs sont généralement disposés dans le mât supportant le moteur.
L'agent d'extinction actuellement utilisé sur les aéronefs est le HALON 1301 (marque déposée). Pour être certifié par les autorités réglementant l'aviation civile, un aéronef doit passer des tests prouvant qu'en cas de déclenchement du système d'extinction des moteurs la concentration en volume de HALON 1301 dans chacune des zones feu du moteur est au moins égale à 6% pendant au moins 0,5 seconde. Les tests ont lieu au sol, moteur en fonctionnement. Le HALON 1301 est considéré comme ayant des effets indésirables sur l'environnement. Il a été de ce fait interdit d'utilisation par des instances internationales à partir de 1994, avec toutefois des dérogations dans certains domaines d'activité, dont l'aéronautique. Cependant ces dérogations sont susceptibles de prendre fin et il convient d'envisager le remplacement pour les applications aéronautiques du HALON 1301 par un autre agent d'extinction garantissant les mêmes niveaux de performance Il s'avère qu'un autre produit, le NOVEC 1230 (marque déposée), présente également d'excellentes qualités en tant qu'agent d'extinction.
Toutefois, les moyens de test employés pour mesurer la concentration en HALON 1301 dans les aéronefs, et notamment leurs moteurs, ne sont pas utilisables tels quels avec le NOVEC 1230. En effet, ces moyens de test sont des appareils complexes qui nécessitent un calibrage très précis et délicat à réaliser. Il s'avère en outre que la précision fournie par ces moyens existants est moindre dans le cas où l'agent d'extinction dont la concentration est mesurée est le NOVEC 1230. Enfin, les moyens de test existants sont des appareils couteux difficilement transportables et très peu nombreux. L'invention vise donc à fournir un procédé et un dispositif de mesure de la concentration en agent d'extinction dans une zone feu d'un aéronef qui permette de s'affranchir des inconvénients que présentent les moyens de test conçus pour le HALON 1301. L'invention vise également à fournir un tel dispositif de mesure qui soit à la fois peu coûteux, peu encombrant et simple à mettre en oeuvre. L'invention a également pour but de fournir un tel dispositif de mesure 10 qui permette de mesurer, avec la précision et sur la durée requises, la concentration en NOVEC 1230 dans une ou des zones feu d'un aéronef, notamment de ses moteurs.. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure de la concentration en agent d'extinction dans au moins une zone feu d'un aéronef, 15 comprenant des moyens de prélèvement d'un mélange gazeux dans ladite zone feu et une unité de mesure de la concentration en agent d'extinction dudit mélange gazeux prélevé dans ladite zone feu, caractérisé en ce que ladite unité de mesure comprend : - une chambre de mesure traversée par ledit mélange gazeux, 20 - un détecteur à rayonnement ultraviolet monté sur ladite chambre pour générer un signal de sortie fonction de la concentration dudit agent dans ledit mélange gazeux circulant dans ladite chambre de mesure, et - un circuit électronique de détermination de ladite concentration 25 en fonction dudit signal de sortie La mesure de la concentration d'un gaz dans un mélange par spectroscopie UV est utilisée en laboratoire, c'est-à-dire dans un environnement où les appareils utilisés sont d'une propreté extrême, comme le sont également les échantillons gazeux analysés. 30 il s'avère que le dispositif de mesure par rayonnement ultraviolet selon l'invention permet de mesurer in situ avec la précision requise la concentration en agent d'extinction dans un environnement défavorable qui est celui rencontré dans un aéronef, en particulier un moteur d'aéronef en fonctionnement : température variable, degré d'humidité variable, présence de poussières de vapeurs d'huile et/ou de kérosène, de fumées susceptibles d'être produites par des engins circulant à proximité de l'aéronef testé, de traces de kérosène, de skydrol (fluide hydraulique), etc. Il s'avère en outre qu'en dépit de sa simplicité, de sa compacité et de son coût modéré, le dispositif de mesure selon l'invention permet d'obtenir avec le NOVEC 1230 une précision de la mesure de concentration de cet agent qui est meilleure que celle fournie par les moyens de test de l'état de la technique dédiés à la mesure du HALON 1301. Suivant une caractéristique possible de l'invention, ledit détecteur à rayonnement ultraviolet comprend un émetteur de rayonnement ultraviolet dans la bande de longueurs d'ondes comprise entre 280 nm et 320 nm, et de préférence entre 295 nm et 305 nm correspondant à la plage de longueur d'ondes d'absorption du NOVEC 1230. Suivant une autre caractéristique possible de l'invention, le détecteur à rayonnement ultraviolet comprend une diode émettrice et une photodiode disposées de part et d'autre de ladite chambre. Le détecteur selon l'invention est ainsi de conception et de réalisation particulièrement simples. Suivant une autre caractéristique possible de l'invention, ladite photodiode est du type à fonctionnement photovoltaïque. Ce mode de fonctionnement est celui qui procure la meilleure sensibilité de la photodiode dans le contexte de mesure considéré. Suivant une autre caractéristique possible de l'invention, la diode est de type hémisphérique. Ce type de diode est également celui qui s'avère donner la meilleure sensibilité dans le contexte de mesure considéré.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, ladite chambre présente un axe longitudinal d'écoulement dudit mélange gazeux et lesdites diode et photodiode sont alignées suivant une direction sensiblement perpendiculaire audit axe. Le positionnement desdites diode et photodiode transversalement à la chambre est particulièrement simple à réaliser.
Suivant une autre caractéristique possible de l'invention, ladite chambre de mesure comprend un cône entrée, un cône de sortie et une chambre de tranquillisation comprise entre lesdits cônes d'entrée et de sortie. Cet agencement de la chambre de mesure permet d'obtenir une bonne homogénéité du mélange gazeux mesuré et de contrecarrer l'effet de dard , c'est-à-dire la différence de vitesse entre le centre et la périphérie de la veine de mélange gazeux en écoulement dans la chambre. Suivant une autre caractéristique possible de l'invention, ledit détecteur est disposé sensiblement aux trois quarts de la longueur de ladite chambre de tranquillisation mesurée à partir dudit cône d'entrée. C'est au voisinage de cet emplacement que la meilleure homogénéité du mélange gazeux est obtenue. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, le dispositif de mesure comprend plusieurs unités de mesure pour mesurer la concentration en agent d'extinction dans différentes zones feu distinctes et une unité de traitement des données fournies par lesdites unités de mesure. Le dispositif de mesure peut donc être dimensionné pour effectuer des mesures de concentration simultanées dans un nombre quelconque de zones feu d'un aéronef, en particulier d'un moteur de celui-ci. Suivant une autre caractéristique possible de l'invention, ledit agent d'extinction est du NOVEC 1230. Le dispositif de mesure selon l'invention permet de mesurer la concentration de NOVEC 1230 prescrite par les autorités aéronautiques, qui est de 6,1% en volume pendant au moins 0,5 secondes. L'invention a également pour objet un procédé de mesure de la concentration d'un agent d'extinction dans une zone feu d'aéronef, comprenant les étapes suivantes : - prélèvement continu d'un mélange gazeux dans ladite zone feu, - mesure en temps réel de la concentration en agent d'extinction dudit prélèvement continu de mélange gazeux , caractérisé en ce que - ledit mélange gazeux prélevé est conduit dans une chambre de tranquillisation et ladite concentration est mesurée en temps réel dans ladite chambre de tranquillisation au moyen d'un détecteur à rayonnement ultraviolet. Le procédé de mesure par rayonnement ultraviolet selon l'invention permet de mesurer in situ avec la précision requise la concentration en agent d'extinction dans un environnement extrêmement défavorable tel que celui d'un aéronef, en particulier un moteur d'aéronef: température variable, degré d'humidité variable , présence de poussières , de vapeurs d'huile et/ou de kérosène, de fumées susceptibles d'être produites par des engins circulant à proximité de l'aéronef testé, de traces de kérosène, de skydrol (fluide hydraulique), etc. Suivant une autre caractéristique possible de l'invention, ledit détecteur à rayonnement ultraviolet a un rayonnement situé dans l'une au moins des bandes comprenant la bande de 280 nm à 320 nm et la bande de 295 nm à 305 nm. Les meilleurs résultats de mesure en termes de sensibilité et de précision sont obtenus dans ces bandes, particulièrement dans la bande la plus étroite. Suivant encore une autre caractéristique possible de l'invention, ledit agent d'extinction est du NOVEC 1230 pour lequel le procédé permet de mesurer la concentration avec une bonne précision.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention résulteront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique simplifiée d'un dispositif selon l'invention pour la mesure de concentration d'un agent d'extinction dans un mélange gazeux ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre de mesure utilisée dans le dispositif de mesure de la figure 1 ; et - la figure 3 est un schéma d'un dispositif selon l'invention pour la mesure de la concentration d'un agent d'extinction dans différentes zones d'un moteur. Le dispositif et le procédé de mesure qui seront décrits dans la suite sont particulièrement adaptés à la mesure in situ de la concentration de l'agent d'extinction NOVEC 1230 (marque déposée) dans un mélange gazeux prélevé dans une zone feu d'un aéronef, en particulier dans un moteur d'aéronef en fonctionnement comme décrit dans la suite. Toutefois, ce dispositif et ce procédé de mesure ne sont pas limités à la mesure du NOVEC 1230 et peuvent être utilisés pour mesurer la concentration d'autres agents d'extinction en adaptant si nécessaire la longueur d'onde de la diode émettrice. Le dispositif de mesure comprend une unité de prélèvement de gaz dans la zone feu du moteur à tester et une unité de mesure proprement dite illustrée à a figure 1 et comprenant une diode 1 émettrice d'un rayonnement ultraviolet IB et une photodiode 2 sensible audit rayonnement ultraviolet qui sont disposées de part et d'autre d'une chambre de mesure 3. La photodiode 2 est connectée à un amplificateur 4 dont la sortie est connectée à un circuit électronique 5 d'exploitation de signal de sortie de la photodiode 2 amplifié par l'amplificateur 4. La diode émettrice 1 est une diode hémisphérique émettant un rayonnement ultraviolet dans une bande comprise entre 280 nm et 320 nm, et de préférence entre 295 et 305 nm. Il s'agit par exemple de la diode du modèle UVTOP295-T039 de la Société Roithner Lasertechnik. La photodiode 2 est utilisée de préférence en mode photovoltaïque, c'est-à-dire sans polarisation entre la cathode et l'anode. Il s'agit par exemple du modèle TW3ODY TiO2 253-361 nm T039 de la Société Roithner Lasertechnik.
La diode 1 et la photodiode 2 sont adaptées pour fonctionner à 50 Hz, qui constitue une fréquence acceptable pour mesurer en continu la concentration de NOVEC 1230 dans les gaz qui traversent la chambre de mesure 3. Cette mesure est basée sur la loi de Beer-Lambert : io A = log (T) = E /C dans laquelle : - A est l'absorbance du NOVEC 1230, - io est l'intensité lumineuse émise par la diode 1, - i est l'intensité lumineuse reçue par la photodiode 2, - E est l'absorptivité molaire du NOVEC 1230, qui dépend de la longueur d'onde, - 1 est la distance entre la diode émettrice 1 et la photodiode 2, - C est la concentration en NOVEC 1230, l'unité dépendant du coefficient E. Il existe une relation similaire entre l'absorbance et la tension : Uo A = log (-U) = E /c dans laquelle : - U est la tension de sortie de la photodiode 2 en présence de l'intensité lumineuse transmise io, - Uo est la tension de sortie de la photodiode 2 lorsqu'elle reçoit l'intensité lumineuse i. La diode 1 et la photodiode 2 sont de préférence placées à une distance d'environ 40 mm de l'une de l'autre, de part et d'autre de la chambre de mesure 3. La chambre de mesure 3 comprend un cône ou divergent de forme tronconique d'entrée 6, une chambre de tranquillisation cylindrique 7 s'étendant dans le prolongement du divergent d'entrée 6, et un cône ou convergent de forme tronconique de sortie 8 s'étendant dans le prolongement de la chambre de tranquillisation 7. Comme le montre également la figure 3, l'unité de mesure est complétée par une unité de prélèvement comprenant une canalisation 11 raccordant le divergent d'entrée 6 à une zone feu 9 du moteur à tester 10, une pompe 12 d'aspiration des gaz à analyser et une canalisation 13 raccordant le convergent de sortie 8 à la pompe 12. La chambre de tranquillisation cylindrique 7 a de préférence un diamètre de l'ordre de 40 à 50 mm. La diode 2 et la photodiode 3 sont montées de façon diamétralement opposées de part et d'autre de la chambre 7, en débouchant dans celle-ci de manière à être espacées d'environ 40 mm l'une de l'autre. Etant donné que la mesure de la concentration en NOVEC 1230 dans la chambre de tranquillisation 7 est sensible à la pression, à l'humidité et à la température, des capteurs 14 de pression, 15 d'humidité et 16 de température sont montés sur la chambre 7 afin de permettre d'apporter à la mesure les corrections voulues. De préférence, le dispositif de mesure est conditionné en température (environ 30°C) pour avoir au niveau des composants des conditions de tests identiques quelle que soit la température ambiante extérieure au système. Il est procédé comme suit pour mesurer la concentration en agent 25 d'extinction NOVEC 1230 dans des zones feu d'un moteur en vue de la certification de l'aéronef qui en est équipé. L'aéronef est immobilisé au sol avec le moteur 10 en fonctionnement. La procédure d'extinction d'un feu sur moteur est appliquée et l'agent d'extinction stocké dans des réservoirs se trouve amené dans les zones feu du 30 moteur par des canalisations appropriées. Des échantillons de gaz sont prélevés en continu desdites zones feu pour mesurer la concentration en agent d'extinction. Pour une zone feu donnée, le gaz prélevé est amené dans la chambre de tranquillisation 7 via des canalisations 11 ou capillaires adaptés et le divergent d'entrée 6. La configuration de la chambre de mesure 3, avec son divergent d'entrée 6, sa chambre de tranquillisation 7 et son convergent de sortie 8, est conçue pour minimiser l'effet de dard. L'effet de dard traduit le fait que dans un volume de gaz en écoulement dans un tube une hétérogénéité de vitesses existe entre le centre du tube et sa périphérie, avec une vitesse d'écoulement supérieure au centre du tube . Un tel phénomène nuit à l'homogénéité du gaz dans le volume en écoulement, et donc à la précision de la mesure de la concentration de l'agent d'extinction dans ce volume de gaz. Il s'avère en outre qu'avec la configuration de la chambre de mesure 3 décrite, l'effet de dard est minimalisé, et le mélange gazeux en écoulement est plus homogène à une distance "d" de l'extrémité amont de la chambre de tranquillisation 7 (c'est-à-dire l'extrémité où elle se raccorde au divergeant 6) représentant environ les trois quart (3/4) de sa longueur "L" comprise entre le divergent 6 et le convergent 8. C'est donc à cette distance "d" de l'extrémité amont de la chambre de tranquillisation 7 que sont placées la diode 1 et la photodiode 2. Le divergent d'entrée 6 et le convergent de sortie 8 peuvent aussi être optimisés pour limiter les turbulences dans l'écoulement. L'angle du cône du divergent 6 et du convergent 8 est compris entre 5° et 10°, et de préférence 7°. la courbe de concentration en agent d'extinction est établie de façon continue en fonction du temps dans la zone feu considérée, sur la durée de la mesure considérée Le système d'extinction de l'aéronef sera certifié si la concentration en agent d'extinction atteint une valeur minimale sur une durée minimale, à savoir 25 6,1% pendant au moins 0,5 secondes dans le cas du NOVEC 1230. Afin de pouvoir procéder à ce test de certification, le dispositif de mesure de concentration en agent d'extinction doit posséder autant d'unités de prélèvement du mélange gazeux et d'unités de mesure de concentration qu'il y a de zones feu à tester.
30 Un tel dispositif de mesure équipé de quatre unités de mesure pour tester quatre zones feu 9a, 9b, 9c et 9d d'un moteur 10 est représenté à la figure 3. Chaque unité de mesure comprend les différents éléments décrits en regard des figures 1 et 2, qui sont affectés des lettres a, b, c ou d sur la figure 3 suivant la zone feu à laquelle le dispositif de mesure est raccordé. Les canalisations de sortie 13a, 13b, 13c et 13d des dispositifs de mesures sont raccordés à la pompe 12, qui est commune aux quatre unités de prélèvement, par des régulateurs à étranglement variable 17a, 17b, 17c et 17d respectivement qui permettent de régler le débit dans les chambres de mesure correspondantes 3a, 3b, 3c et 3d. Les quatre dispositifs de mesure notés a, b, c et d ont en commun : - une carte électronique 18 d'alimentation électrique des différents composants, - une carte électronique 19 d'amplification, - une carte électronique 20 d'acquisition de données, et - une unité 21 de traitement des signaux recueillis, qui peut être constituée par exemple par un PC équipé d'un logiciel approprié. Un circuit 22 permet d'alimenter électriquement la pompe 12, les cartes électroniques 18, 19 et 20, et l'unité de traitement 21. Pour la clarté du dessin, les connexions électriques entre les cartes électroniques 18, 19 et 20 et les unités de mesure n'ont pas été représentées. Le dispositif et le procédé de mesure décrits ci-dessus sont adaptés à la mesure in situ de la concentration en agent d'extinction dans une ou plusieurs zones feu d'aéronefs, par exemple les zones feu des moteurs de ces aéronefs (tels que des turboréacteurs ou des turbopropulseurs), mais également dans d'autres zones feu des aéronefs telles que des zones cargo ou autres.
Claims (14)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure de la concentration en agent d'extinction dans au moins une zone feu d'un aéronef, comprenant des moyens (11, 12, 13) de prélèvement d'un mélange gazeux dans ladite zone feu et une unité (1-5) de mesure de la concentration en agent d'extinction dudit mélange gazeux prélevé dans ladite zone feu (9), caractérisé en ce que ladite unité de mesure comprend : - une chambre de mesure (3) traversée par ledit mélange gazeux, - un détecteur à rayonnement ultraviolet (1,
- 2) monté sur ladite chambre (3) pour générer un signal de sortie fonction de la concentration dudit agent dans ledit mélange gazeux circulant dans ladite chambre de mesure, et - un circuit électronique (5, 20, 21) de détermination de ladite concentration en fonction dudit signal de sortie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit détecteur à rayonnement ultraviolet comprend un émetteur de rayonnement ultraviolet (1) dans la bande de longueurs d'ondes comprise entre 280 nm et 320 nm.
- 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisée en ce que la longueur d'onde dudit rayonnement ultraviolet est comprise entre 295 nm et 305 nm.
- 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le détecteur à rayonnement ultraviolet comprend une diode émettrice (1) et une photodiode (2) disposées de part et d'autre de ladite chambre (3).
- 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite photodiode (2) est du type à fonctionnement photovoltaïque.
- 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite diode (1) est de type hémisphérique.
- 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, 30 caractérisé en ce que ladite chambre (3) présente un axe longitudinal d'écoulement dudit mélange gazeux et lesdites diode (1) et photodiode (2) sont alignées suivant une direction sensiblement perpendiculaire audit axe.
- 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite chambre de mesure (3) comprend un cône d'entrée(6), un cône de sortie (8) et une chambre de tranquillisation (7) comprise entre lesdits cônes d'entrée et de sortie.
- 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit détecteur (1, 2) est disposé sensiblement aux trois quarts de la longueur de ladite chambre de tranquillisation (7) mesurée à partir dudit cône d'entrée.
- 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs unités (3a, 3b, 3c, 3d ) de mesure pour mesurer la concentration en agent d'extinction dans chacune de plusieurs zones feu distinctes, et une unité (21) de traitement des données fournies par lesdites unités de mesure.
- 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit agent d'extinction est du NOVEC 1230.
- 12. Procédé de mesure de la concentration d'un agent d'extinction dans une zone feu(10) d'un aéronef comprenant les étapes suivantes : - prélèvement continu d'un mélange gazeux dans ladite zone feu (9a, 9b, 9c, 9d), et - mesure en temps réel de la concentration en agent d'extinction dudit prélèvement continu de mélange gazeux prélevé, caractérisé en ce que - ledit mélange gazeux prélevé est conduit dans une chambre de tranquillisation (7) et ladite concentration est mesurée en temps réel dans ladite chambre de tranquillisation au moyen d'un détecteur à rayonnement ultraviolet (1, 2).
- 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit détecteur à rayonnement ultraviolet (1, 2) a un rayonnement situé dans l'une au moins des bandes comprenant la bande de 280 nm à 320 nm et la bande de 295 nm à 305 nm.
- 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que ledit agent d'extinction est du NOVEC 1230.30
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