[0001] L'invention concerne les installations de protection des passagers d'aéronef contre
les risques de dépressurisation de la cabine, lors de vols à haute altitude.
[0002] Les installations classiques destinées à la protection des passagers comportent une
réserve d'oxygène reliée à une centrale de distribution qui, en cas de dépressurisation
de la cabine à haute altitude, alimente, à une pression qui augmente avec l'altitude,
une canalisation à laquelle des masques de passagers sont reliés par un tube souple
muni d'un étranglement de limitation de débit. Une telle installation est décrite
dans le document GB-A-828 362.
[0003] L'installation de protection est d'utilisation peu fréquente. Elle doit être constituée
de composants légers, simples, de construction économique, peu susceptibles de pannes.
A l'heure actuelle, les masques utilisés dans de telles installations sont généralement
constitués par une simple coquille en matériau semi-souple, alimentée en continu à
travers un sac économiseur dans lequel débouche le tube souple. Le sac économiseur
est relié à l'intérieur du couvre-face par un clapet anti-retour d'admission. Un clapet
d'expiration, taré pour maintenir une surpression légère dans le couvre-face par rapport
à l'atmosphère ambiante, est fixé sur ce dernier. Le sac économiseur collecte le débit
d'oxygène fourni par la source pendant les périodes d'expiration, alors que le clapet
d'admission est fermé, au lieu de le laisser échapper à l'atmosphère.
[0004] La pression d'alimentation fournie par la centrale est choisie, en fonction de la
section des étranglements, de façon à fournir aux masques un débit moyen d'oxygène
suffisant pour maintenir, à chaque altitude, la pression partielle trachéale minimum
exigée par les règlements.
[0005] Cette solution donne des résultats acceptables jusqu'à une altitude de 12 200 mètres
environ. Au-delà, les solutions actuelles n'assurent pas une protection efficace contre
l'hypoxie. Or, de plus en plus, les avions de ligne et les avions d'affaires, une
fois allégés d'une partie de leur carburant, dépassent 12 200 mètres.
[0006] Il semble à première vue qu'une protection satisfaisante exige de remplacer les installations
classiques du type ci-dessus défini par des installations comportant, pour chaque
masque, un régulateur à la demande et un clapet d'expiration équilibré (c'est-à-dire
insensible aux variations de la pression aval), permettant aux passagers de respirer
de l'oxygène pur sous pression en évitant l'ouverture du clapet d'expiration dès qu'une
surpression déterminée par raport à l'ambiance est atteinte. Dans la pratique, le
coût et la complexité d'une telle solution seraient prohibitifs.
[0007] La présente invention vise à fournir une installation assurant une protection acceptable
jusqu'à des altitudes d'environ 13 700 mètres, au prix de modifications aux installations
existantes qui restent limitées.
[0008] L'invention part de la constatation que, dans la réalité, les installations actuelles
ne permettent pas au porteur du masque de respirer de l'oxygène pur. Lors des pointes
inspiratoires, le débit d'oxygène et le volume d'oxygène provenant du sac économiseur
sont insuffisants pour éviter l'apparition, dans le masque, d'une légère dépression
qui suffit à provoquer l'entrée d'air de dilution par le clapet anti-suffocation dont
est pourvu le masque et par les fuites entre le couvre-face et la peau. Le débit moyen
fourni à travers l'étranglement ne suffit pas aux besoins de certains des passagers
et/ou est insuffisant pour assurer la ventilation pulmonaire dans les périodes d'agitation.
Or, il n'est pas possible de surdimensionner le diaphragme ou d'augmenter la pression
d'alimentation de façon systématique, car cela conduirait à un gaspillage d'oxygène
et obligerait à augmenter notablement le volume et le poids de la réserve d'oxygène.
[0009] Pour résoudre le problème, l'invention propose une installation caractérisée en ce
que la centrale est prévue pour, en cas de dépressurisation, fournir temporairement
ou au-delà d'une altitude de cabine déterminée (d'environ 12 200 mètres), fournir
à la canalisation de l'oxygène sous une pression déterminée p1, de l'ordre de deux
fois la pression p2 fournie immédiatement en-deçà de l'altitude déterminée, et en
ce que chaque masque comporte un couvre-face en forme, comportant un joint à lèvres
d'étanchéité souple et un clapet d'expiration non équilibré.
[0010] Lorsque la réserve et la centrale constituent un générateur d'oxygène par réaction
chimique, ce générateur peut être simplement prévu pour fournir un débit d'oxygène
au moins double du débit fourni ultérieurement, pendant une période de temps suffisante
pour permettre à l'équipage de ramener l'avion jusqu'à une altitude inférieure à 12
200 mètres, par exemple pendant environ 3 minutes : ce cas est souvent celui d'une
installation destinée à un avion d'affaires.
[0011] Grâce à cette disposition, la capacité supplémentaire requise de la réserve est limitée
à ce qui est nécessaire pour protéger les passagers contre l'hypoxie pendant le temps
requis pour que l'équipage ramène l'avion à une altitude de sécurité.
[0012] Dans le cas des avions de ligne, des boîtes à masques sont interposées entre la centrale
de distribution et la canalisation. Chaque boîte contient des masques respiratoires
et est munie d'une serrure permettant de libérer les masques qui tombent devant les
passagers en cas de dépressurisation. Conformément à un mode avantageux de réalisation
de l'invention, la centrale peut être prévue pour alimenter les boîtes à masques sous
une pression haute p1 qui est supérieure à la pression p2 à fournir en amont d'étranglements
alimentant chacun un masque pour les altitudes inférieures à 12 200 mètres et chaque
boîte à masques est alors munie d'un détendeur altimétrique situé en amont des étranglements
et de moyens permettant de court-circuiter le détendeur en réponse à la réception
d'oxygène à la pression haute p1 provenant de la centrale de distribution.
[0013] L'alimentation en oxygène à la pression p₁ n'augmente pas sensiblement la surpression
dans le masque, limitée par la soupape d'expiration. Mais elle provoque une forte
augmentation du débit, évitant la dilution par entrée d'air extérieur et garantissant
l'inhalation d'oxygène pratiquement pur.
[0014] Une telle boîte remplit certaines des fonctions qui sont normalement assurées par
la centrale de distribution dans les installations classiques actuelles.
[0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes
particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description
se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma de principe d'une installation suivant l'invention, une
seule des boîtes à masques et un seul des masques étant représentés complètement ;
- la figure 2 est un schéma d'un détendeur altimétrique utilisable dans une boîte du
genre montré en figure 1 ;
- la figure 3 est un schéma de principe, en coupe passant par l'axe des clapets, d'un
organe de liaison entre le couvre-face et le sac économiseur d'un masque utilisable
dans l'installation de la figure 1 ;
- la figure 4 montre une courbe représentative d'une loi de variation de la pression
en fonction de l'altitude utilisable pour mettre en oeuvre l'invention,
- la figure 5 montre, à titre d'exemple, la loi de variation de la pression de sortie
de la centrale de distribution en fonction du temps, pour un profil de descente hypothétique
particulier ;
- la figure 6 montre schématiquement une loi de variation du débit adoptable pour un
générateur chimique.
[0016] L'installation montrée schématiquement en figure 1 est notamment utilisable sur un
avion de ligne à passagers. Cette installation comporte une réserve d'oxygène sous
pression 10 munie d'un détendeur 12 fournissant de l'oxygène sous une pression de
5 à 6 bars à une centrale de distribution 14. La centrale alimente à son tour une
conduite générale 16 sur laquelle sont branchées des boîtes à masques 18 dont une
seule est représentée en détail. Les boîtes sont réparties au-dessus des rangées de
sièges et chacune est prévue pour libérer les masques 21 qu'elle contient en cas de
dépressurisation. Pour cela, le fond de la boîte 18 peut constituer un couvercle muni
d'un verrou 20 qui est désarmé en réponse à l'apparition, dans la conduite de distribution
16, d'une pression supérieure à une valeur déterminée p0. Le déverrouillage peut être
réalisé d'autre façon ou les masques peuvent être en permanence à la disposition des
passagers, par exemple sur les avions d'affaires.
[0017] Chaque boîte 18 comporte une canalisation 22 à laquelle les masques sont reliés chacun
par l'intermédiaire d'un étranglement 24 de limitation de débit. Dans le cas illustré
sur la figure 1, un robinet 26 est interposé entre la canalisation et chaque masque
21, en série avec l'étranglement 24. Ce robinet est prévu pour être ouvert par traction
du passager sur une sangle 28 qui double le tuyau souple 30 de liaison avec le masque
21.
[0018] Le masque comporte lui-même un couvre-face 32 muni d'un harnais élastique 34 de fixation
sur la tête et d'un sac économiseur souple 36.
[0019] La disposition générale décrite jusqu'ici est classique. Mais, conformément à l'invention,
la centrale de distribution 14, chaque boîte à masques 18 et chaque masque 21 ont
une constitution particulière.
[0020] La centrale de distribution 14 est prévue pour alimenter la canalisation générale
16 en oxygène sous une pression qui varie en fonction de la pression dans la cabine
ou "altitude cabine" suivant deux lois différentes, suivant que cette altitude est
inférieure ou supérieure à 12 200 mètres, soit 40 000 pieds. Comme on l'a indiqué
plus haut, la centrale 14 fournit, lorsque l'altitude dépasse, même légèrement, 12
200 mètres, l'oxygène sous une pression p1 qui est pratiquement le double de la pression
p2 fournie à une altitude à peine inférieure à 12 200 mètres.
[0021] La centrale 14 montrée en figure 1 est réalisée de façon non seulement à atteindre
ce résultat, mais aussi à fournir, immédiatement après la détection d'une dépressurisation
au-delà de 3 800 mètres "d'altitude cabine" (12 500 pieds), un bref pic de pression
destiné à ouvrir les verrous 20 des boîtes 18. Bien d'autres constitutions de la centrale
14 seraient possibles, à commande pneumatique ou à commande électronique à partir
de signaux fournis par des capteurs de pression.
[0022] La centrale 14 représentée comporte un boîtier ayant une entrée reliée à la réserve
d'oxygène sous pression 10 et une sortie de liaison avec la conduite générale de distribution
16. Elle peut être regardée comme ayant deux étages 38 et 40 de constitution similaire.
[0023] Le premier étage 38 comporte un clapet 42 fixé à deux membranes 44 et 46 et coopérant
avec un siège qui entoure l'admission en oxygène provenant de la réserve 10. Le clapet
42 commande ainsi la communication entre la réserve et un détendeur 48 de constitution
classique, relié par un passage 50 à la sortie 52. Ce détendeur 48 maintient une pression
relative constante à la sortie 52 par rapport à la pression ambiante, admise par un
orifice 54, aussi longtemps que le second étage 40 n'intervient pas. Les deux membranes
44 et 46 ont une surface différente. Elles délimitent une chambre 58 reliée à l'ambiance
et elles sont soumises à l'action d'un ressort 56 qui tend à appliquer le clapet 42
sur son siège.
[0024] La membrane 46 de plus grande section est soumise à la différence des pressions entre
la chambre 58 et une chambre reliée à l'admission par un passage étranglé 60. Le clapet
42 et les membranes sont dimensionnés de façon que le clapet s'ouvre dès qu'on vidange
la chambre 56, c'est-à-dire lorsque l'altitude cabine atteint 3800 mètres.
[0025] Le second étage 40 a une constitution similaire au premier. La chambre délimitée
par le boîtier et la membrane de grande surface 46a est reliée à la valve du clapet
42a par un étranglement 60a. Les surfaces des membranes 44a et 46a sont prévues pour
que le clapet du second étage s'ouvre dès qu'on vidange la chambre 56a, c'est-à-dire
lorsque l'altitude cabine atteint 12 200 mètres..
[0026] La centrale 14 représentée est prévue pour fournir, sur sa sortie 52, de l'oxygène
à la pression d'entrée pendant un bref laps de temps (suffisant pour ouvrir les verrous
des boîtes 18) lorsque la pression dans la cabine correspond à une altitude supérieure
à 12 500 pieds.
[0027] Le fonctionnement est alors le suivant :
- Aussi longtemps que l'altitude cabine est inférieure à 12 500 pieds (3 800 mètres
environ) le clapet 42 reste fermé par la pression dans la chambre 56. Cette chambre
est en effet alimentée à la pression de sortie du détendeur 12 car le clapet 62 reste
fermé.
- En cas de dépressurisation au-dessus de 12 500 pieds, la capsule 64 ouvre le clapet
62. La chambre 56 se vide. Le clapet 42 s'ouvre. L'oxygène provenant de la source
12 alimente le second étage par un passage 66. Sous l'effet de la pression exercée
sur le clapet 42a percé du passage étranglé 60a, ce clapet 42a s'ouvre et la pression
fournie par le détenteur 12 est transmise directement à la sortie 52.
- Tant que l'altitude cabine est inférieure à 40 000 pieds (12 200 mètres environ) la
capsule 64a n'ouvre pas le clapet 62a du second étage : la chambre 56a se remplit
en quelques secondes d'oxygène provenant du premier étage par l'étranglement 60a.
Le sens des forces de pression s'inverse et le clapet 42a se referme.
- Lorsque l'altitude cabine dépasse 40 000 pieds, la capsule 64a ouvre le clapet 62a.
La chambre 56a se vidange et le clapet 42a s'ouvre. La pression fournie par le détendeur
12 est transmise directement à la sortie 52.
[0028] La figure 5 montre une séquence correspondant à une décompression lente au cours
de laquelle l'altitude cabine dépasse 12 200 mètres suivie d'un retour au sol. A l'instant
tO, la pression p1 de sortie du détendeur est appliquée aux boîtes 12 pour ouvrir
les verrous 20, prévus pour être déclenchés dès une pression p0 inférieure à p1. La
pression redescend ensuite à une valeur p2, puis monte à p1 lorsque l'altitude de
40 000 pieds est atteinte. Lorsque l'appareil redescend au dessous de 40 000 pieds,
la pression redescend à la valeur p2 qui subsiste jusqu'à une altitude qui est généralement
inférieure à 12 500 pieds et qui est par exemple de 10 000 pieds (3 100 mètres environ).
[0029] Dans chacune des boîtes 18, la canalisation 22 est alimentée, par un détendeur 70
lorsque la pression appliquée est égale à p2, par un clapet de by-pass 72 lorsque
la pression appliquée est égale à p1. Le clapet de by-pass ou de court-circuit 72
peut être constitué par une simple membrane repoussée vers une position de fermeture
d'un siège par la pression qui règne dans la cabine et par la force d'un ressort et,
en sens contraire, par la force de pression rêgnant dans la canalisation 22, en son
centre, et la pression d'entrée dans la boîte 18, à sa périphérie. La membrane et
le ressort sont dimensionnés de façon que le clapet de court-circuit 72 s'ouvre lorsque
la pression dépasse une valeur déterminée comprise entre p2 et p1.
[0030] Le détendeur 70 a par exemple la constitution montrée en figure 2, ayant une membrane
74 munie d'un poussoir d'ouverture d'un clapet à bille 76 et une capsule 78 prévue
pour prendre appui, directement ou par l'intermédiaire d'un ressort, sur la membrane
lorsque l'altitude dans la cabine dépasse 10 000 pieds. La pression dans la canalisation
22 a alors une loi de variation en fonction de l'altitude cabine du genre montré en
figure 4.
[0031] Comme on l'a indiqué plus haut, l'obtention d'une protection satisfaisante implique
d'éviter les entrées d'air dans le masque depuis l'atmosphère.
[0032] Pour atteindre ce résultat, le couvre-face 32 du masque 21 (figure 3) comporte une
lèvre interne 80 en élastomère souple, délimitant une ouverture de forme triangulaire
et mise en forme de façon à être appliquée contre l'arête du nez et la face par la
pression interne. Le masque montré en figure 3 comporte un bloc soupape 82 qui incorpore
un clapet souple 84 d'admission à partir du sac économiseur 36 suivant les flèches
f0. Si le sac est vide, l'ensemble constitué par le clapet souple 84 et le boitier
qui le supporte peut se soulever pour livrer passage à de l'air additionnel dont le
trajet est alors celui indiqué par les flèches f1.
[0033] L'alimentation en oxygène du sac économiseur 36 peut s'effectuer par un tuyau souple
30 représenté en avant du couvre-face sur la figure 3 mais qui dans la pratique sera
plutôt placé sur le côté, comme indiqué schématiquement sur la figure 1.
[0034] L'expiration peut s'effectuer par exemple à travers une soupape additionnelle 86
tarée par un ressort, montrée schématiquement en figure 1, ou à travers un clapet
annulaire d'expiration (non représenté) à la périphérie du bloc 82 ayant un obturateur
souple dont la raideur fixe la surpression maximale dans le masque.
[0035] Si chaque masque est individuellement alimenté par un générateur chimique, celui-ci
est prévu pour fournir, à partir du moment où il est amorcé, un débit d'oxygène qui
varie suivant une loi du genre montré en figure 6, permettant de fournir l'oxygène
nécessaire au cours de la descente dans les conditions les plus critiques, à partir
d'une altitude qui ne pourra généralement pas dépasser 45 000 pieds, c'est-à-dire
13 700 mètres. Dans ce cas, la loi de variation donnée par l'adoption d'une composition
variable ou d'une section variable de la "chandelle" de fourniture d'oxygène peut
être du genre donné en figure 6. Elle est prévue pour donner un débit d'environ 6
litres par minute (aux conditions normales de température et de pression) pendant
un temps suffisant pour ramener l'avion depuis l'altitude maximale de 13 700 mètres
jusqu'à 12 200 mètres par exemple, puis réduire progressivement le débit tout en le
maintenant pendant un temps suffisant pour stabiliser l'avion à une altitude intermédiaire,
par exemple de 18 000 pieds (5 500 mètres) avant de le ramener à l'altitude de sécurité
de 10 000 pieds (3 050 mètres). Dans la pratique, une durée de fourniture du débit
maximum d'environ 3 minutes sera généralement satisfaisante.
1. Installation de protection de passagers d'avion contre les risques de dépressurisation,
comportant une réserve d'oxygène (10) reliée à une centrale de distribution (14) qui,
en cas de dépressurisation à haute altitude, alimente, à une pression qui augmente
avec l'altitude, une canalisation à laquelle les masques (32) des passagers sont reliés
par un tube souple (30) muni d'un étranglement (24) de limitation de débit, caractérisée
en ce que la centrale est prévue pour, temporairement ou au dela d'une altitude de
cabine déterminée, fournir à la canalisation de l'oxygène sous une pression déterminée,
de l'ordre de 2 fois la pression fournie immédiatement en decà de la dite altitude
déterminée, et en ce que chaque masque comporte un couvre-face (32) en forme, comportant
un joint à lèvres internes d'étanchéité souple.
2. Installation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la réserve (10) et
la centrale (14) constituent un générateur d'oxygène par réaction chimique, le dit
générateur étant prévu pour fournir un débit d'oxygène au moins double de celui fourni
ultérieurement, pendant environ 3 minutes.
3. Installation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comporte des boîtes
à masques (18) interposées entre la centrale de distribution (14) et la canalisation,
en ce que la centrale (14) est prévue pour alimenter les boîtes à masques (18) sous
la pression déterminée supérieure à la pression à fournir en amont des étranglements
pour les altitudes inférieures à la dite altitude déterminée, et en ce que chaque
boîte à masques est munie d'un détendeur altimétrique (70) et de moyens (72) permettant
de court-circuiter le détendeur altimétrique (70) en réponse à la réception de la
pression déterminée fournie par la centrale de distribution.
4. Installation suivant la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que l'altitude déterminée
est d'environ 12 200 mètres.
5. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée
en ce que chaque masque est relié à la canalisation par l'intermédiaire d'un clapet
d'inspiration, et munie d'un sac économiseur et comporte un clapet d'expiration non
équilibré.