FR2988552A1 - Module avionique refroidi par ventilation - Google Patents

Abstract

Ce module avionique (2) comprend une carte électronique (4), un étui (3) dans lequel est disposée ladite carte et comportant au moins un orifice d'entrée (12) et au moins un orifice de sortie (14) d'air de refroidissement, un premier couloir (7) pour la circulation dudit air de refroidissement (7) ménagé entre une première face (6) de ladite carte et une première paroi en regard (5) dudit étui, et un second couloir pour la circulation dudit air de refroidissement (10) ménagé entre une seconde face (9) de ladite carte et une seconde paroi en regard (8) dudit étui. Le module (2) comporte au moins un déflecteur (31) de commande de la répartition dudit air de refroidissement entre les premier et second couloirs (7, 10). De préférence, ledit déflecteur (31) est fixé à ladite carte électronique (4).

Description

L'invention concerne les équipements avioniques modulaires embarqués sur des aéronefs tels que, par exemple, des avions, et plus particulièrement le refroidissement de cartes électronique dans de tels équipements avioniques. Dans le domaine de l'électronique embarquée, et notamment sur aéronef, les concepts d'électronique modulaire visent à réduire les coûts de maintenance et augmenter la disponibilité des applications. Un module avionique est, au sens de la description qui va suivre, un sous-ensemble électronique qui, grâce à une interface mécanique et connectique adaptée, peut être installé sur l'aéronef et en être désinstallé individuellement en fonction des nécessités de maintenance, de dépannage, de mise à niveau, etc... de l'avionique embarquée. Il s'avère que l'évolution des technologies dans le monde électronique a conduit à une augmentation des densités de puissance dissipées dans les composants électroniques. Cette tendance nécessite d'assurer un refroidissement approprié des cartes électroniques afin de garantir le fonctionnement des fonctions électroniques avioniques. Un équipement avionique peut être constitué de modules avioniques comportant chacun un boitier amovible renfermant un certain nombre de cartes électroniques non extractibles in situ du boitier et non carénées (équipement de type ARINC 600). Le boitier est fixé sur une veine d'air principale de refroidissement de l'équipement et la distribution de l'air aux cartes électroniques s'effectue de manière globale à l'intérieur du boitier. Le flux d'air se trouve ainsi diffusé dans l'équipement, indistinctement sur la face avant (face dite « TOP ») et la face arrière (face dite « BOTTOM ») des cartes qu'il contient. En règle générale les composants dissipatifs de chaleur sont rassemblés sur l'une des deux faces des cartes électroniques, généralement la face avant. Si la surface disponible du côté de la face avant est insuffisante, la face arrière peut être utilisée pour le report de certains composants dissipatifs ou non. En raison de sa distribution globale, le flux d'air de refroidissement n'est donc pas utilisé de manière optimale pour le refroidissement des cartes dans le boitier.

Or, en raison de l'accroissement des puissances thermiques à dissiper sur/dans l'électronique embarquée dans les aéronefs, il est crucial d'optimiser le refroidissement de cette électronique. Ce problème se pose également dans le cas où, au lieu de manipuler des modules avioniques contenant chacun plusieurs cartes électroniques, on tend à manipuler individuellement les cartes électroniques. Avec un tel agencement, chaque carte électronique est carénée, c'est-à-dire qu'elle est reçue individuellement dans un étui ou fourreau doté d'une connectique appropriée pour former un module avionique (également appelé « blade »).

Les modules avioniques à carte électronique individuelle de ce second type sont reçus par groupe dans un équipement avionique conçu pour allouer à chaque module avionique un débit d'air donné qui sert à ventiler la carte électronique à l'intérieur de son étui. L'invention vise à fournir un module avionique du second type précité qui permette d'optimiser le refroidissement de la carte électronique disposée à l'intérieur de ce module. A cet effet, l'invention a pour objet un module avionique comprenant - une carte électronique, - un étui dans lequel est disposée ladite carte et comportant au moins un orifice d'entrée et au moins un orifice de sortie d'air de refroidissement, - un premier couloir pour la circulation dudit air de refroidissement ménagé entre une première face de ladite carte et une première paroi en regard dudit étui, et - un second couloir pour la circulation dudit air de refroidissement 25 ménagé entre une seconde face de ladite carte et une seconde paroi en regard dudit étui, ledit module étant remarquable en ce qu'il comporte au moins un déflecteur de commande de la répartition dudit air de refroidissement entre lesdits premier et second couloir. Grâce à cet agencement les composants dissipatifs de 30 chaleur présents sur l'une et l'autre faces de la carte électronique, donc dans l'un et l'autre couloirs de refroidissement, peuvent être refroidis de façon optimisée. Selon une caractéristique possible de l'invention, ledit déflecteur est disposé sensiblement au droit dudit orifice d'entrée d'air. Dans une telle position, le déflecteur est interposé dans la veine d'air qui sort de l'orifice d'entrée d'air et il peut avoir une très bonne efficacité. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, ledit déflecteur est fixé à ladite carte électronique. Grâce à cette disposition, le ou les déflecteurs peuvent être choisis de façon optimale en fonction des caractéristiques thermiques de la carte, tandis que les autres éléments du module avionique restent standards et ne sont pas affectés par la personnalisation thermique des cartes. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, ledit déflecteur est disposé au voisinage d'un bord de ladite carte électronique. Ce montage du ou des déflecteurs en bord de carte permet de conjuguer une bonne efficacité aéraulique avec un empiètement minimal sur la surface de la carte recevant des composants électroniques et dissipatifs. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, ledit premier orifice d'entrée d'air débouche dans ledit premier couloir et ledit déflecteur fait saillie dans ledit premier couloir. Par cette disposition, l'essentiel du flux d'air est dirigé dans le premier couloir. Ceci permet d'assurer un refroidissement optimal des cartes électroniques dans leur étui aussi bien dans les cas où les composants dissipatifs sont tous disposés sur la face avant de la carte et sont donc refroidis exclusivement par le flux d'air qui traverse le premier couloir, que dans ceux où un ou plusieurs déflecteurs répartissent le flux d'air entre les deux couloirs. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, ladite carte électronique comporte au moins une ouverture de passage d'air et ledit déflecteur comporte une paroi inclinée de guidage dudit air de refroidissement vers ladite 25 ouverture. Comme les déflecteurs, les caractéristiques des ouvertures de passage d'air peuvent être choisies de façon optimale en fonction des caractéristiques thermiques recherchées pour la carte qui en est équipée, sans affecter les autres éléments standards du module avionique. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, ledit premier 30 couloir a une section supérieure à celle dudit second couloir. Cet agencement permet de privilégier le refroidissement de la face avant de la carte qui porte en principe les composants dissipatifs, tout en ménageant la possibilité d'assurer un refroidissement de composants dissipatifs montés sur la face arrière de la carte.

Selon une autre caractéristique possible de l'invention, ladite carte électronique est équipée de composants du type composant monté en surface (CMS) et en ce que ledit déflecteur fait partie desdits composants. Ce mode de montage permet de ne pas avoir à ajouter d'opération dans le processus de câblage de la carte et de s'affranchir d'un système de fixation classique (vis + écrou) qui est consommateur de place et pénalise la place utile pour l'implantation des composants électroniques. L'invention a également pour objet un équipement avionique comprenant un châssis pour recevoir une pluralité de modules avioniques tels que 10 définis ci-dessus et des moyens d'admission d'air de refroidissement sous pression dans lesdits modules. L'invention a encore pour objet un aéronef comprenant au moins un équipement avionique tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la 15 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 en perspective d'un équipement avionique équipé de modules avioniques selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective avec 20 arrachement partiel d'un module avionique à carte électronique individuelle; - la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe d'un châssis contenant plusieurs modules avioniques conformes à la figure 2; et - la figure 4 est une vue schématique partielle et en coupe montrant un détail agrandi du module des figures 2 et 3. 25 En se reportant aux figures, un équipement avionique destiné à être monté dans ou sur un meuble avionique (non représenté) d'un aéronef (également non représenté) comprend un châssis 1 dans lequel sont montés un certain nombre de modules avioniques 2. Les modules avioniques 2 comprennent chacun un étui 3 sensiblement 30 en forme de parallélépipède rectangle (ou carré) dans lequel est montée une carte électronique 4 également de forme sensiblement rectangulaire (ou carrée). L'étui 3 comporte une première paroi 5 qui délimite avec une face avant en regard 6 de la carte électronique 4 un premier couloir de refroidissement 7. La paroi opposée 8 de l'étui 3 délimite avec la face arrière opposée 9 de la carte électronique 4 un deuxième couloir de refroidissement 10. L'étui 3 est relativement mince et sa périphérie comprend un bord inférieur 11 pourvu d'orifices d'entrée d'air 12, un bord supérieur 13 pourvu d'orifices de sortie d'air 14, un bord arrière 15 équipé d'un connecteur électrique 16, et un bord avant 17 pourvu d'une poignée de préhension 18 qui sert à manipuler le module avionique et à l'extraire et l'introduire dans le châssis 1. Le bord inférieur 11 de l'étui 3 comprend une nervure en saillie 19 dans laquelle sont ménagés les orifices d'entée d'air 12 qui débouchent, du côté intérieur à l'étui, dans le premier couloir de refroidissement 7, et du côté extérieur à l'étui, dans une face latérale de la nervure 19. De même, le bord supérieur 13 de l'étui 3 comporte une nervure en saillie 20 dans laquelle sont ménagés les orifices de sortie d'air 14, qui débouchent à l'intérieur de l'étui dans le premier couloir de refroidissement 7. Un ou plusieurs orifices de sortie d'air 14a sont également ménagés dans le bord supérieur 13, à côté de la nervure 20, pour mettre en communication le deuxième couloir de refroidissement 10 avec l'extérieur de l'étui 3. La carte électronique 4 est de préférence encastrée de manière relativement étanche à l'air sur toute sa périphérie dans l'étui 3. Dans l'exemple illustré par la figure 3, pour la simplicité du dessin des composants dissipatifs de chaleur 29 et 30 n'ont été représentés que sur une seule des trois cartes électroniques représentés. Comme représenté sur cette figure, le couloir 7 a une section plu importante que le couloir 10 car c'est la face avant 6 qui reçoit la majorité des composants dissipatifs 29 et c'est donc elle qui doit être la plus refroidie. Le châssis 1 est de forme sensiblement parallélépipédique et il est ouvert sur sa face avant pour recevoir à coulissement les modules avioniques 2. Le châssis 1 comprend un râtelier inférieur 21 et un râtelier supérieur 22. Le râtelier inférieur 21 comporte une série de compartiments inférieurs 23 parallèles entre eux tandis que le râtelier supérieur 22 comporte une série de compartiments supérieurs 24 parallèles entre eux. Les compartiments 23 et 24 sont ouverts du côté de la face ouverte du châssis 1 par laquelle les modules avioniques peuvent être mis en place dans et extraits hors du châssis1. Les compartiments 23 et 24 sont en nombre égal et ils ont en section transversale sensiblement la forme de U dont les ouvertures sont orientées l'une vers l'autre. Chaque paire de compartiments alignés 23 et 24 définit une case de logement d'un module avionique 2 dans le châssis 1. A chaque compartiment inférieur 23 est associé un ou plusieurs orifices d'admission d'air 25 qui traversent le râtelier inférieur 21 et débouchent chacun dans une face latérale intérieure de ce compartiment inférieur. Les compartiments 24 du râtelier supérieur 22 comportent chacun, d'une part, un ou plusieurs orifices 26 de sortie d'air dans la paroi constituant le fond du U et, d'autre part, un ou plusieurs canaux 26a pour permettre une évacuation de l'air en provenance des orifices 14a. Un panneau arrière (non représenté) du châssis 1 comporte une série de connecteurs (non représentés) complémentaires de ceux 16 dont sont équipés les modules avioniques 2 sur leur face arrière afin de connecter ces modules aux autres équipements électroniques de l'aéronef.

Lors du montage d'un module avionique 2 dans une case du châssis 1, les compartiments 23 et 24 sont adaptés pour recevoir respectivement les nervures inférieure 19 et supérieure 20 des modules avioniques 2 dans une position sensiblement verticale de ces derniers. Du fait de la mise en place d'un module 2 dans le châssis 1, les orifices 12 de la nervure 19 et 25 du châssis 1 sont mis sensiblement en coïncidence. Un dispositif de verrouillage permet alors de verrouiller chaque carte ou module avionique 2 en partie haute et en partie basse dans le châssis 1. C'est ainsi, par exemple, que chaque module avionique 2 peut être verrouillé dans le châssis 1 grâce à des réglettes de verrouillage 27 et 28. La réglette 27 est reçue dans une glissière délimitée entre le fond du U, la surface de la nervure 19 qui est opposée à celle comportant les orifices d'entrée d'air 12, et la paroi interne en regard du compartiment 23. La réglette 28 est reçue dans une glissière délimitée entre le fond du compartiment supérieur 24 à section en U, une face latérale de la nervure 20 et une paroi interne en regard du compartiment 24.

Les réglettes 27 et 28 peuvent être des réglettes étagées enfoncées à force dans les glissières ou bien verrouillées dans les rainures par expansion d'un mécanisme d'ablocage. Il en résulte un verrouillage qui assure une bonne étanchéité à l'air entre les modules avioniques 2 et le châssis 1, ce qui permet de garantir une alimentation des modules avioniques en air de refroidissement avec un débit donné et sous une pression donnée. L'air de refroidissement est amené par des moyens conventionnels (non représentés) aux orifices d'admission d'air 25 et, de là, individuellement aux modules avioniques 2 via leurs orifices d'entrée d'air respectifs 12. L'air a naturellement tendance à circuler dans le premier couloir de refroidissement 7 d'un module avionique 2 du fait que les orifices d'entrée 12 et de sortie 14 d'air de ce module débouchent dans ce couloir 7. Ceci convient pour le refroidissement des composants 29 dissipatifs de 10 chaleur disposés sur la face avant 6 de la carte électronique 4, mais pas pour le refroidissement de composants 30 dissipatifs de chaleur susceptibles d'être disposés sur la face arrière 9 de cette carte, c'est-à-dire dans le deuxième couloir 10. Afin de permettre le refroidissement de ces composants additionnels 15 30, la carte électronique 4 est équipée d'un ou plusieurs déflecteurs 31 disposés au voisinage du bord de cette carte qui est adjacent aux ouvertures d'entrée d'air 12 du module 2. Chaque déflecteur 31 est en forme de coin et comporte une paroi 32a de déviation d'air et deux parois latérales de canalisation d'air 32b parallèles entre 20 elles et à profil en V. La paroi de déviation 32a et les parois latérales 32b ont des bords qui forment un U dans le plan de la face 6 de la carte 4. La paroi de déviation 32a peut être plane ou bombée. Le déflecteur 31 est adapté pour être monté sur la carte électronique 4 avec sa paroi de déviation 32 orientée obliquement en direction du ou des orifices 25 d'entrée d'air 12. Les bords en U précités s'étendent le long de trois côtés d'une ouverture 33, par exemple rectangulaire ou carrée, ménagée dans la carte 4 pour permettre le passage d'air du premier couloir 7 vers le second couloir 10. Lorsqu'il est monté sur une carte électronique 4, le déflecteur 31 permet de capter du côté de la face avant 6 une partie du flux d'air en provenance du ou 30 des orifices d'entrée d'air 12 pour le canaliser à travers l'ouverture 33 vers la face arrière 9 de la carte comme le montrent les flèches D des figures 3 et 4. L'air circulant dans le couloir 10 est évacué en haut du module 2 par le ou les orifices 14a du module et le ou les canaux 26a du râtelier supérieur 22.

Le déflecteur 31 est de préférence conçu au standard des composants montés en surface (CMS) de manière à être compatible avec les moyens industriels de positionnement des composants. Son assemblage peut donc être automatisé et réalisé durant la phase d'implantation des composants sur le circuit imprimé de la carte électronique, donc sans impact sur l'industrialisation du produit. Le déflecteur 31 est de préférence conçu de manière à ce que la liaison mécanique de celui-ci avec la carte électronique soit identique à celle des composants électroniques, à savoir par brasure sur le circuit imprimé de la carte électronique.

De préférence, il est prévu une gamme de déflecteurs de différentes dimensions dont la combinaison permet pour chaque carte d'ajuster le débit d'air de refroidissement sur les deux faces de celle-ci en fonction des composants dissipatifs dont est équipée cette carte. C'est donc sur la carte électronique elle-même, en fonction de la position et des caractéristiques thermiques des composants qu'elle porte, qu'est résolu dès sa conception le problème de son refroidissement, par gestion de la déviation du flux d'air de refroidissement. C'est ainsi que les dimensions, le nombre et les positions des déflecteurs 31 (et par voie de conséquence également des ouvertures correspondantes 33) sont choisis et attribués sur la carte lors de sa conception en fonction des positions et caractéristiques thermiques des composants dissipatifs. Ainsi, dans un module avionique 2, seul le circuit imprimé (PCB) de la carte électronique 4 est dédié à la fonction de refroidissement, les autres éléments de ce module, et en particulier l'étui 3, demeurant standards et non modifiés par la personnalisation du refroidissement de la carte électronique.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Module avionique comprenant - une carte électronique (4), - un étui (3) dans lequel est disposée ladite carte et comportant au moins un orifice d'entrée (12) et au moins un orifice de sortie (14) d'air de refroidissement, - un premier couloir (7) pour la circulation dudit air de refroidissement (7) ménagé entre une première face (6) de ladite carte et une première paroi en regard (5) dudit étui, et - un second couloir pour la circulation dudit air de refroidissement (10) ménagé entre une seconde face (9) de ladite carte et une seconde paroi en regard (8) dudit étui, caractérisé en ce que ledit module (2) comporte au moins un déflecteur (31) de commande de la répartition dudit air de refroidissement entre lesdits premier et second couloir (7, 10).
2. 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit déflecteur (31) est disposé sensiblement au droit dudit orifice d'entrée d'air (12).
3. 3. Module selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit déflecteur (31) est fixé à ladite carte électronique (4).
4. 4. Module selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit déflecteur (31) est disposé au voisinage d'un bord de ladite carte électronique (4).
5. 5. Module selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ledit premier orifice d'entrée d'air (1 é) débouche dans ledit premier couloir (7) et en ce que ledit déflecteur (31) fait saillie dans ledit premier couloir 25 (7).
6. 6. Module selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite carte électronique (4) comporte au moins une ouverture (33) de passage d'air et ledit déflecteur (31) comporte une paroi inclinée (32) de guidage dudit air de refroidissement vers ladite ouverture(33). 30
7. 7. Module selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ledit premier couloir (7) a une section supérieure à celle dudit second couloir (10).
8. 8. Module selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que ladite carte électronique (4) est équipée de composants du typecomposant monté en surface (CMS) et en ce que ledit déflecteur (31) fait partie desdits composants.
9. 9. Equipement avionique, caractérisé en ce qu'il comprend un châssis (1) pour recevoir une pluralité de modules avioniques (2) selon l'une quelconque 5 des revendications 1 à 8 et des moyens (25) d'admission d'air de refroidissement sous pression dans lesdits modules.
10. 10. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un équipement avionique selon la revendication 9.