Conception de faisceaux de câbles pour avions 101

Donc, vous êtes un nouvel ingénieur fraîchement sorti de l'université. Vous avez été embauché chez un grand OEM pour concevoir des faisceaux de câbles et des assemblages de boîtiers câblés. N'ayant pas la formation adéquate à l'université, vous vous demandez : « Par où commencer ? Les possibilités sont illimitées.

Pas de soucis! Nous sommes là pour vous aider.

Chaque aéronef a généralement une spécification de véhicule aérien (AVS). Il s'agit d'un document très volumineux que l'OEM écrit avant de concevoir l'avion. Il contient des tonnes d'informations sur tous les aspects de l'avion, y compris la conception des faisceaux de câbles. Demandez s'il existe un AVS ou un document similaire. Si c'est le cas, lisez toutes les sections traitant de la conception des systèmes électriques.

Le prochain document que vous devez examiner est la norme AS50881 Aerospace Vehicle Wiring de la Society of Automotive Engineers (SAE). Anciennement MIL-STD-5088 et dernière révision en 2015, ce document couvre des informations telles que la capacité de transport de courant du fil ; comment les fils doivent être identifiés, marqués, acheminés et soutenus dans les avions militaires ; et des centaines d'autres directives et exigences. Vous pouvez le trouver sur www.sae.org.

Il existe des milliers de références parmi lesquelles choisir lors de la conception d'un faisceau de câbles. Comment décidez-vous des pièces à sélectionner?

La première chose que vous devez comprendre est la différence entre les pièces standard, les pièces non standard et les pièces commerciales prêtes à l'emploi (COTS).

Une pièce standard est une pièce militaire. Il est contrôlé par l'armée américaine. Ces pièces sont souvent appelées pièces MIL SPEC (abréviation de spécification militaire).

Beaucoup de ces numéros de pièces commencent par "M", qui est l'abréviation de militaire. Un exemple est M39029/4-110. Il s'agit du numéro de pièce militaire d'un contact métallique inséré dans les connecteurs électriques. D'autres numéros de pièces militaires commencent par "MS", qui signifie spécification militaire. Un exemple est le MS3154, qui est un réducteur de tension pour les fils qui entrent dans un connecteur. D'autres préfixes incluent "NAS", qui signifie National Aerospace Standard. Un exemple est NAS514, qui est une vis mécanique à tête plate. Il existe d'autres préfixes de numéros de pièces militaires, mais ce sont les plus courants pour la fabrication de faisceaux de câbles.

Chaque numéro de pièce militaire est associé à une spécification. Ces spécifications sont disponibles en ligne sur http://www.dscc.dla.mil/programs/MilSpec/DocSearch.aspx. Depuis la fin des années 1990, le contrôle de ces spécifications a été transféré de l'US Navy à la SAE.

Une bonne chose à propos des pièces militaires est qu'elles sont communes à de nombreuses plates-formes aérospatiales. Par exemple, le connecteur M83723/72W1212N peut être utilisé dans les modèles F-35, V-22, F-16, F-15, C-130 et C-17. C'est un connecteur très courant dans l'industrie aérospatiale.

Dans la plupart des cas, le gouvernement américain n'approuve que certains fournisseurs et fabricants pour fabriquer une pièce particulière. Ces fournisseurs sont répertoriés sur une liste de pièces qualifiées (QPL) pour ce numéro de pièce.

Une pièce non standard est basée sur une pièce militaire, mais est légèrement modifiée par rapport à la spécification militaire. Par exemple, Lockheed Martin peut vouloir utiliser un connecteur militaire dans un assemblage de cloison. Étant donné que la profondeur d'une cloison est légèrement plus épaisse que la taille du connecteur militaire, Lockheed doit concevoir un nouveau connecteur basé sur le connecteur militaire, en augmentant légèrement sa taille afin qu'il puisse tenir dans la cloison. Dans ce cas, Lockheed rédige et contrôle un cahier des charges et attribue au connecteur une nouvelle référence.

En règle générale, le FEO désignera également les fournisseurs autorisés à fabriquer des pièces non standard. La spécification est généralement appelée dessin de contrôle de source ou dessin de contrôle de spécification.

La bonne chose à propos des pièces non standard est qu'elles répondent à un besoin pour l'OEM, et l'OEM contrôle les spécifications et les fournisseurs qui peuvent les construire. La mauvaise chose est que ces pièces sont généralement plus chères, car moins sont nécessaires dans l'ensemble de l'industrie et, dans de nombreux cas, elles ne sont utilisées que sur un seul avion.

La troisième catégorie de pièces est celle des pièces commerciales disponibles sur étagère (COTS). Ces pièces sont conçues et contrôlées par un fabricant. Sur la base d'études marketing et du besoin d'articles dans des produits commerciaux et militaires, un fabricant concevra et fabriquera ses propres références. Le fabricant contrôle les révisions de la spécification et le moment de publier les révisions. Ni l'armée américaine ni l'OEM de l'avion n'ont le contrôle de ces pièces.

L'avantage des pièces COTS est qu'elles sont facilement disponibles et moins chères que les pièces standard et non standard. Ils sont moins chers car ils ne sont pas qualifiés par l'armée américaine, la SAE ou les équipementiers. La mauvaise chose à leur sujet est que le fabricant peut modifier ses propres spécifications à tout moment sans l'approbation d'une source extérieure. Le fabricant est également la seule source pour ses pièces COTS, il contrôle donc le prix et la distribution.

Lors de la conception du système électrique d'un aéronef, le point de départ se situe au niveau du système. Un schéma du système montre les plus gros composants et comment ils sont connectés. Dans le schéma du système, ils sont simplement connectés avec une ligne, mais la taille et la spécification du fil ne sont pas indiquées. De plus, le schéma du système ne montre pas où il y a des ruptures dans le fil, comme lorsqu'il passe à travers une cloison via deux connecteurs. Même s'il s'agit d'une conception très basique, le schéma indiquera les types de signaux que le fil transportera (par exemple, AC, DC, données ou radio). De plus, le schéma montre où des fils ou des câbles blindés sont nécessaires, ainsi que des paires torsadées, des triplets et des quadruples.

Vous voudrez choisir un fil en fonction du type de signal qu'il transmettra et de la quantité de courant qu'il transportera. En règle générale, vous devez choisir le fil de plus petit calibre capable de transporter avec succès le courant requis. SAE AS50881 répertorie la capacité de transport de courant pour la plupart des calibres de fil courants. De plus, un bon logiciel de CAO calculera automatiquement la capacité de charge de courant de chaque taille de jauge.

Dans les années 1970, le fil le plus courant pour les avions était le fil isolé au Kapton. Kapton est un nom commercial de DuPont. Aujourd'hui, le câblage des avions est généralement isolé avec du Teflon, du Tefzel, du Cross Link Tefzel ou du TKT (Teflon-Kapton-Teflon). En règle générale, l'AVS d'un aéronef répertorie le type d'isolation des fils qui sera utilisé dans tout l'aéronef. Par exemple, l'OEM peut décider que TKT sera utilisé, à quelques exceptions près telles que les câbles radio et les fils isolés au téflon dans les assemblages en boîte.

Maintenant que vous connaissez le schéma, le type de signaux à transporter, la quantité de courant dans le circuit et l'isolation recommandée, vous pouvez choisir le numéro de référence du fil à utiliser.

Ensuite, à l'aide d'un système de CAO 3D, les chemins de câbles peuvent être tracés dans tout l'avion. De plus, les chemins de câbles commencent et s'arrêtent généralement à un connecteur lorsqu'ils traversent une cloison. Chaque fil d'un segment de fil peut alors être identifié de manière unique et un schéma de câblage détaillé peut être développé. Le schéma de câblage montre tous les segments de câble, les numéros d'identification et les déconnexions.

Chaque segment de câble d'un avion doit avoir son propre identifiant unique. Même le blindage du fil blindé a son propre identifiant unique. En termes simples, chaque conducteur de courant doit être identifié de manière unique. Par exemple, une paire torsadée blindée et gainée contient trois conducteurs : la paire torsadée et le blindage extérieur.

SAE AS50881 décrit comment un fil doit être identifié et marqué. Un identificateur de fil contient la lettre de la fonction du circuit, le numéro du fil, la lettre du segment et le calibre du fil. Par exemple, P215A4 est un fil monoconducteur.

Il existe une méthode alternative pour identifier les fils. Il se compose de la lettre "W", suivie du numéro du faisceau de câbles, du numéro d'identification du câble et du calibre du câble. Par exemple, un fil à un seul conducteur peut s'appeler W192-06-22. Une paire torsadée blindée et gainée peut être appelée W192-020-22.

InterConnect est en affaires depuis plus de 25 ans. Après une si longue période, vous pourriez penser que nous aurions entré chaque numéro de pièce de connecteur militaire jamais développé dans notre système de planification des ressources d'entreprise. Malheureusement, ce n'est pas vrai. Presque chaque semaine, nous entrons de nouveaux numéros de connecteur dans notre système. À ce jour, nous avons identifié plus de 3 200 références de connecteurs militaires. Avec autant de numéros de pièces possibles, comment décidez-vous quel numéro de pièce utiliser lors de la conception d'un faisceau de câbles ?

La bonne nouvelle est qu'il n'y a que quelques séries communes de connecteurs militaires. D'après notre expérience dans l'industrie aérospatiale militaire, les séries de connecteurs militaires les plus courantes sont :

N'oubliez pas qu'il existe d'autres séries de connecteurs, ainsi que des connecteurs non standard et des connecteurs COTS.

En général, il est préférable de sélectionner une série de connecteurs comportant autant de cavités de contact que possible. Un favori dans l'industrie militaire est la série de connecteurs MIL-DTL-38999, car ceux-ci ont généralement de nombreuses cavités de contact. L'étape suivante consiste à analyser les informations suivantes et à décider quels systèmes (c'est-à-dire les fils) vous souhaitez faire passer par un connecteur :

Une fois ces informations connues, vous pouvez passer en revue différentes dispositions d'insertion (notamment la taille des cavités de contact pour un connecteur). Ensuite, en fonction des tailles de fil et de contact, vous pouvez choisir un connecteur. Il est préférable de commencer avec une polarisation normale pour le connecteur. Si le même numéro de pièce de connecteur de base est utilisé à proximité d'un autre connecteur, une polarisation différente doit être sélectionnée.

Un désignateur de référence identifie un composant dans un schéma de système et un schéma de câblage. Les désignateurs de référence pour les connecteurs commencent généralement par :

Par exemple, un désignateur de référence pourrait être 3315P706. Il sera connecté au 3315J706.

Une prise est un connecteur qui est monté sur la cellule. Il peut être fixé à la cellule avec des vis et des écrous ou avec des bagues d'écrou. Un connecteur mâle s'accouple à une prise. Il n'est pas physiquement monté sur la cellule sauf en étant connecté à la prise.

Il existe quelques autres composants que l'on peut trouver dans les faisceaux de câbles des avions. Les épissures (également appelées attaches métalliques) ont une notation de désignateur de référence "WT". Les autres composants (et leurs notations) comprennent les résistances (R), les condensateurs (C), les blocs de masse (GD), les diodes (CR), les interrupteurs (S), les relais (K) et les disjoncteurs (CB).

La terminaison de blindage fait référence à la manière dont le blindage d'un fil blindé est raccordé à un autre composant. Il existe une grande variété de méthodes de terminaison. Ceux-ci inclus:

Le but d'un blindage dans un fil blindé est d'éliminer les interférences électromagnétiques (EMI) causées par le courant électrique dans un fil. De même, un blindage limite les EMI causées par d'autres fils à proximité. Les blindages éliminent la diaphonie entre les fils afin que vous ayez un signal clair.

La pratique la plus courante dans l'industrie aérospatiale consiste à terminer les blindages par un fil de connexion, puis à connecter le fil de connexion à un point de masse. Dans de nombreux cas, le point de masse est la coque arrière d'un connecteur et, finalement, la cellule.

Une question courante dans l'industrie aérospatiale est : " Quelle est la meilleure façon de maintenir un faisceau de câbles ensemble ?" Il existe cinq principales méthodes utilisées dans l'industrie aérospatiale : les attaches à cordes, les attaches autobloquantes, les gaines tressées extensibles, les gaines thermorétractables et le tressage.

Chacun a ses avantages et ses inconvénients. La méthode la moins coûteuse (et la plus légère) consiste à attacher des cordes. Les faisceaux de câbles les plus beaux sont tressés (en particulier avec une variété de couleurs). L'OEM spécifiera généralement la méthode à utiliser.

Aussi connu sous le nom de laçage de câbles, les attaches à cordes consistent en un cordon fin, traditionnellement fait de lin ciré, qui relie un groupe de fils à l'aide d'une série de points noué. Cette méthode est peu coûteuse, facile à modifier et à réparer, légère et reste attachée pendant des décennies. En revanche, il ne protège pas le faisceau de fils. Certains fils peuvent accidentellement sortir du faisceau lors des programmes d'installation ou de mise à niveau. Les faisceaux de fils peuvent potentiellement perdre leur forme. Et l'installation prend du temps.

Les serre-câbles sont disponibles dans une variété de matériaux, de styles, de longueurs, de largeurs et de couleurs. Ils sont peu coûteux, faciles à modifier et à réparer, légers et rapidement installés. Mais, comme les attaches à cordes, elles ne protègent pas le faisceau de fils. De plus, ils peuvent se détacher (créant un problème de débris de corps étrangers) et leur utilisation entre en conflit avec les exigences de SAE AS50881.

Les manchons tressés extensibles offrent une certaine protection au faisceau de fils. Cependant, ils peuvent être coûteux et ajouter du poids. Dans la plupart des cas, ils ne fournissent pas un ajustement serré autour d'un faisceau de fils, et il faut du temps pour pousser un faisceau de fils à travers le manchon.

La gaine thermorétractable offre une très bonne protection au faisceau de fils et dure longtemps. Mais, comme les gaines, cela peut être coûteux et cela ajoute du poids. De même, il faut du temps pour pousser un faisceau de fils à travers le tube, et il faut du temps pour rétrécir le tube sur le faisceau. Le plus gros inconvénient est que vous ne pouvez pas accéder aux fils sous le tube après qu'il a été rétréci.

Le tressage présente de nombreux avantages. Il offre une excellente protection au faisceau de fils. Il augmente l'apparence physique du faisceau de câbles. Il dure longtemps et compacte le faisceau de câbles pour faciliter l'installation.

Le tressage à code couleur permet d'identifier facilement un faisceau de câbles et le tressage métallique offre une protection contre les EMI.

En revanche, le tressage ajoute du poids et il est coûteux de tresser à la main chaque faisceau de câbles. Si des fils supplémentaires sont nécessaires dans un faisceau de câbles, ils doivent être "piggy-backed". C'est-à-dire qu'ils doivent être tressés individuellement et passer à l'extérieur de la tresse de l'ensemble de faisceaux existant.

Essai

Les faisceaux électriques des avions sont testés à l'aide d'équipements automatiques communément appelés analyseurs de câblage. De nombreuses entreprises fabriquent des analyseurs de câblage. Des programmes uniques indiquent à l'analyseur les tests à exécuter, la quantité de courant et de tension à utiliser et la durée d'application du courant. Un technicien connecte l'analyseur de câblage au faisceau de câbles à l'aide de câbles adaptateurs.

Les deux tests les plus courants sont la continuité et la résistance d'isolement. Mais les analyseurs de câblage peuvent également effectuer d'autres tests, y compris des tests de cavité de contact vide, des tests diélectriques CA, allumer des lumières, activer des relais, mesurer la capacité, mesurer la résistance et s'assurer que les diodes fonctionnent correctement.

Les tests de continuité garantissent que chaque fil est connecté conformément à la conception. Par exemple, si un fil est censé être connecté du connecteur 1 à la broche 13 au connecteur 2 à la douille 34, le test de continuité vérifiera que le fil est là. Les tests de continuité sont effectués à 0,5 A avec une tension constante et un temps d'arrêt minimum de 0,2 seconde.

Le test de résistance d'isolement (également appelé test de mégohm) vérifie les courts-circuits. Par exemple, si deux fils ont des entailles dans l'isolation et sont proches l'un de l'autre, le test de résistance d'isolation montrera un court-circuit. Si un connecteur n'a pas été fabriqué correctement et qu'il n'y a pas assez de matériau pour séparer deux contacts, le test de résistance d'isolement montrera également ce court-circuit.

Les tests de résistance d'isolement sont exécutés à 1 500 VDC avec un courant constant et un temps de séjour minimum de 0,15 seconde. Le test de résistance d'isolement fait ce que son nom l'indique : il s'assure qu'il y a suffisamment de résistance entre deux conducteurs ou plus pour qu'un court-circuit ne se produise pas. Si la résistance est supérieure à 100 mégohms, elle réussit le test.

La plupart des équipementiers spécifieront comment tester les faisceaux de câbles. La norme de test militaire commune est MIL-STD-202.

Une multitude de normes de fabrication s'appliquent aux faisceaux de câbles aérospatiaux. Les éléments suivants sont les plus courants :

Pour plus d'informations sur la conception et l'assemblage de faisceaux de câbles pour l'industrie aérospatiale, appelez le 817-377-9473 ou visitez www.interconnect-wiring.com.