Titre : DISPOSITIF DE DEGIVRAGE COMBINE

Domaine technique

[0001] L’invention relève du domaine des dispositifs de dégivrages pour aéronefs et plus particulièrement des dispositifs de dégivrage d’éléments de voilures ou d’entrées d’air de turbomachines d’aéronefs.

Technique antérieure

[0002] Différentes techniques de dégivrage existent pour les éléments de voilure ou les entrées d’air de turbomachines et il existe notamment :

[0003] - La technologie pneumatique qui utilise un gonflement d’éléments caoutchouc ou élastomère à la surface d’un élément de voilure, pour casser et expulser la glace formée sur cet élément. La hauteur de gonflement traditionnellement rencontrée dans cette technologie est d’environ 6 mm et le temps de gonflage de l’ordre de 5 secondes. Cette technologie est limitée en ce qu’elle dégrade les performances aérodynamiques de l’élément la recevant et en ce qu’elle ne parvient pas toujours à retirer toute la glace de la surface protégée.

[0004] - L’utilisation d’éléments électriques chauffants. Cette technologie n’a pas de limitation en termes de dégivrage mais consomme beaucoup de puissance électrique surtout sur de grandes surfaces à dégivrer.

[0005] - L’utilisation de l’air chaud généré par la turbomachine. Cette technique n’a pas de limitation en termes de dégivrage mais n’est pas optimisée thermiquement en rejetant de l’air chaud. De plus, du fait que la température de l’air n’est pas contrôlée, les températures atteintes obligent à utiliser des matériaux très résistants à la chaleur comme le titane pour les surfaces dégivrées et cette technologie ne peut être utilisée sur des matériaux composites qu’elle risque de dégrader.

[0006] - L’utilisation d’un fluide dégivrant déversé sur les ailes pour empêcher la formation ou retirer de la glace par effet chimique. Cette technologie n’est pas saine pour l’environnement, n’est pas optimale en coût de fonctionnement et en masse embarquée. [0007] Par ailleurs, le document WO2015/110974 A1 concerne un dispositif de dégivrage à impulsions de pression comportant une pluralité de cellules unitaires sur une surface d’un aéronef munies chacune d’au moins un premier orifice relié à une conduite de dépression pour distribuer une dépression aux cellules collectivement et d’au moins un second orifice raccordé à une source de pression pour introduire un fluide sous pression dans les cellules prises individuellement, les cellules étant recouvertes d’une feuille de protection semi rigide étanche.

[0008] Les cellules unitaires sont organisées en lignes et en colonnes et séparées par des cloisons de délimitation formant un treillis autour des cellules. La feuille de protection s’appuie sur les cloisons de délimitation par l’application d’une dépression à l’ensemble des cellules.

[0009] Pour réaliser une séquence de dégivrage, une impulsion de pression est appliquée à certaines des cellules et propagée en vague sur l’ensemble de la surface du dispositif.

[0010] Cette technique qui se base sur la propagation rapide d’une déformation localisée de la feuille de protection est efficace pour des surfaces avec un grand rayon de courbure qu’elles soient convexes ou concaves mais ne peut être utilisée sur des surfaces convexes ou concaves pourvues d’un petit rayon de courbure du fait qu’un petit rayon de courbure s’oppose à la déformation de la feuille de protection.

[0011] Aussi il n’y a pas de technologie totalement satisfaisante pour s’opposer au givrage des surfaces d’éléments de voilure des aéronefs ou d’entrées d’air de turbomachines, ces surfaces ayant de plus des formes avec des courbures variées ou même complexes.

Exposé de l’invention

[0012] Au vu de l’art antérieur la présente divulgation propose d’intégrer un ou plusieurs éléments résistifs chauffant dans un dispositif à impulsion de pression en sorte de réaliser un dispositif de dégivrage hybride combinant une technique à impulsions de pression sous une membrane qui forme une barrière anti-érosion en surface du profil aérodynamique et une technique à éléments chauffants électriques localisés. Le dispositif de dégivrage hybride est ainsi aisé à mettre en place et la combinaison de la technique à impulsions de pression et de la technique à éléments chauffants électriques localisés à des endroits particuliers permet d’accroître l’efficacité du dégivrage par effet de synergie.

[0013] Plus précisément la présente divulgation propose un dispositif antigivrage ou de dégivrage d’un profil aérodynamique, pouvant être un bord d’attaque d’une aile ou d’un élément de voilure ou pouvant être une lèvre d’entrée d’air de turbomachine, ledit dispositif comportant une première surface dite inférieure, une pluralité de cellules formées de cavités unitaires délimitées par un treillis de cloisons sur ladite première surface et une barrière disposée sur le treillis de cloisons, pour lequel ladite première surface comporte une première pluralité de trous, reliant desdites cavités unitaires à un dispositif de génération de dépression dans lesdites cavités simultanément de sorte à plaquer la barrière sur le treillis de cloisons, et une seconde pluralité de trous, reliant desdites cavités unitaires à un dispositif de génération d’une ou plusieurs impulsions de pression dans au moins certaines desdites cavités unitaires sélectionnées, pour lequel la barrière est équipée d’un ou plusieurs réseaux résistif chauffants se positionnant sous ladite barrière au droit de certaines desdites cellules pour réaliser des zones de dégivrage électrothermique localisées dans ledit dispositif.

[0014] L’intégration du ou des réseaux résistifs chauffants sous la barrière permet d’optimiser l’intégration du dispositif sur un aéronef et d’optimiser le dégivrage du profil aérodynamique.

[0015] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants correspondent à des modes de réalisation pouvant être mises en œuvre indépendamment les uns des autres ou en combinaison les uns avec les autres:

[0016] Selon un premier mode de réalisation, le ou lesdits réseaux résistifs chauffants peuvent être constitués de circuits souples pourvus de pistes conductrices formant des méandres sur lesdits circuits souples.

[0017] Les réseaux résistifs chauffants peuvent comporter des liaisons électriques d’alimentation, traversant certaines desdites cellules ou longeant des bordures du dispositif et reliant lesdits réseaux à un générateur électrique. [0018] Selon deuxième mode de réalisation, le ou les réseaux résistifs chauffants peuvent être constitués par des pistes conductrices directement formées en méandres sur une partie de la barrière qui constitue alors le substrat d’un circuit imprimé souple comportant lesdits réseaux.

[0019] La barrière peut comporter des pistes d’alimentation du ou des les réseaux résistifs chauffants de liaison à un générateur électrique.

[0020] Le ou les réseaux résistifs chauffants peuvent recouvrir certaines desdites cellules disposées dans des zones de plus petit rayon de courbure dudit profil.

[0021] Le ou les réseaux résistifs chauffants peuvent en particulier être situés au niveau des cellules qui recouvrent un bord d’attaque d’un profil aérodynamique réalisant lesdites zones de plus petit rayon de courbure, le dispositif à cellules dépourvues de réseaux résistifs chauffant s’étendant dans des zones de plus grand rayon de courbure au-delà dudit bord d’attaque de part et d’autre dudit bord d’attaque.

[0022] La présente divulgation concerne en outre un procédé de dégivrage d’une surface d’un profil aérodynamique d’un aéronef comportant un dispositif de dégivrage tel que décrit précédemment, pour lequel on active le dispositif de génération de dépression puis on démarre une séquence de dégivrage par l’alimentation électrique du ou des réseaux résistifs chauffants en sorte de dégivrer la ou les zones équipées desdits réseaux constituant ainsi des zones de d’amorce de rupture de la glace déposée sur ladite surface puis on provoque des impulsions de pression au niveau des zones de ladite surface dépourvues de réseaux résistifs chauffants pour décoller la glace accumulée sur ledit profil.

[0023] Le dispositif comportant un réseau résistif chauffant disposé au niveau d’un bord d’attaque dudit profil aérodynamique et une surface pourvue de cellules dépourvues de réseau résistif chauffant en continuité dudit bord d’attaque, le procédé peut être tel que la puissance de chauffage dudit réseau est adaptée en fonction de la vitesse de l’aéronef et de la température extérieure à créer des gouttelette givrant sur la surface comportant lesdites cellules, lesdites gouttelettes givrées étant expulsées de la surface comportant lesdites cellules par le dispositif à impulsions de pression. [0024] Le procédé peut être tel que le dispositif à impulsions de pression génère des impulsions de pression en vagues partant des cellules contiguës au réseau résistif chauffant et s’étendant aux cellules s’éloignant desdits réseaux résistifs chauffants.

Brève description des dessins

[0025] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non limitatifs, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :

[0026] [Fig. 1] montre une vue schématique de cellules en vue de côté coupe et de dispositifs de génération de pression et de dépression;

[0027] [Fig. 2] montre en perspective de face d’une section d’un premier exemple de profil aérodynamique muni d’un second exemple du dispositif de la présente divulgation;

[0028] [Fig. 3] montre en perspective de côté d’une section d’un exemple de profil aérodynamique muni d’un second exemple du dispositif de la présente divulgation;

[0029] [Fig. 4] montre un détail d’une cellule de la présente divulgation.

Description des modes de réalisation

[0030] Les dessins et la description ci-après contiennent des éléments pouvant non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.

[0031] La présente divulgation propose un dispositif d’antigivrage ou de dégivrage d’un profil aérodynamique 100 dont une section est représentée aux figures 2 et 3, par exemple une aile d’aéronef, le dégivrage s’appliquant notamment à une surface du profil autour d’un bord d’attaque 101 de ce profil.

[0032] Le dispositif de dégivrage comporte, selon la figure 4 constituant une vue de détail, une première surface 1 dite inférieure, une pluralité de cavités unitaires 2 d’une longueur dans un sens parallèle au bord d’attaque de 70 mm à 140 mm, d’une largeur dans un sens perpendiculaire au bord d’attaque comprise entre 50 mm et 100 mm et d’une hauteur de l’ordre de 0,2 mm à 1 mm. Ces cellules sont délimitées pas un treillis de cloisons 3 sur ladite première surface et une peau ou barrière 4 notamment une barrière anti-érosion disposée sur le treillis de cloisons.

[0033] Pour réaliser les cloisons, il est possible de creuser la surface à la forme des cavités ce qui forme les cloisons autour des parties creusées, il est aussi possible de disposer un treillis de joints sur la surface, ou il est possible de disposer un treillis en matériau polymère ou élastomère dont les mailles forment les cavités sur la première surface ou de combiner ces méthodes. Les cavités peuvent être creusées dans la première surface pour avoir une hauteur située préférablement entre 0,2 mm à 1 mm et les cloisons auront une largeur de l’ordre de 2 mm à 3 mm. Un joint souple peut être disposé au sommet des cloisons ou constituer ces dernières.

[0034] La première surface comporte en outre une première pluralité de trous 5, reliant les cavités à un dispositif de génération de dépression comme représenté en figure 1 et comportant un générateur de dépression 51 , un réseau de tuyaux distributeurs 52, des tubes 53 avec embouts débouchant dans les trous 5 des cavités 2. Le générateur de dépression est relié à l’ensemble des cavités afin de générer une dépression simultanément dans lesdites cavités en sorte de plaquer la barrière anti-érosion 4 sur le treillis de cloisons selon la ligne pointillée 4a.

[0035] Ladite première surface comporte en outre une seconde pluralité de trous 6, reliant les cavités unitaires à un dispositif de génération d’une ou plusieurs impulsions de pression. Ce dispositif comporte un générateur de pression 61 , un réseau de distribution 64, une électrovanne 63 par cellule ou par rangée de cellules disposées perpendiculairement au sens de l’écoulement d’air sur la surface et un tube 63 par cellule relié au trou 6 dans la cellule. Ce dispositif permet d’injecter des impulsions de pression adaptées à écarter la barrière anti-érosion du sommet des cloisons d’environ 2 mm à 3 mm symbolisé par la ligne en pointillé 4b sur la figure 1 sous la forme d’une impulsion d’une durée de l’ordre de 50 ms à 500 ms et notamment de l’ordre de 250 ms au niveau de de cavités sélectionnées. L’injection de pression peut se faire sur une ligne de front perpendiculaire au sens de l’écoulement d’air à proximité du bord d’attaque du profil aérodynamique puis être propagée sur le profil pour évacuer la glace progressivement [0036] Ainsi, contrairement à un système pneumatique traditionnel, le dispositif de la présente divulgation est complètement intégré à la structure et n’est pas en surépaisseur. Cela permet de respecter le profil aérodynamique et donc de ne pas dégrader la finesse de l’aéronef. Par ailleurs les systèmes pneumatiques traditionnels restent gonflés environ 5s durant les phases de dégivrage ce qui a un effet néfaste sur la performance aérodynamique alors qu’avec le présent dispositif les impulsions de dégivrage durent entre 50 ms et 500 ms et notamment de l’ordre de 250ms.

[0037] La barrière anti-érosion est une membrane semi-rigide 4 dont la rigidité est adaptée à permettre son placage contre les sommets des cloisons, à suivre le profil, à se soulever lors de l’application de l’impulsion de pression mais qui est suffisamment rigide pour ne pas faseyer ou vibrer sous les sollicitations aérodynamiques subies par le profil. Elle peut être réalisée dans une tôle métallique fine, un matériau tel qu’un composite fibre de verre ou fibre de carbone et résine, ou un matériau thermoplastique opaque tel que PEEK, PA, PPS, PPSU, PPA, PI ou avantageusement un PEI. Selon le matériau la membrane semi-rigide formant la barrière anti-érosion sera d’une épaisseur de l’ordre de 0,8 à 2 mm adaptée à permettre sa déformation par plaquage sur les cloisons lorsque la dépression est en fonctionnement et son déplacement sur 1 à 3 mm lors de l’application des impulsions de pression. Pour un matériau tel que le PEI, l’épaisseur de la membrane semi-rigide choisie est de l’ordre de 0,8 mm.

[0038] Dans le cadre de l’invention, la barrière anti-érosion est équipée d’un ou plusieurs réseaux résistifs chauffants ou réseaux électrothermiques, ci-après réseaux résistifs, se positionnant sous ladite barrière anti-érosion au droit de certaines des cellules pour réaliser des zones de dégivrage ou d’antigivrage électrothermique localisées dans ledit dispositif.

[0039] Selon l’exemple de la figure 2 le réseau résistif est constitué d’un circuit souple 7 pourvu de pistes conductrices formant des méandres 10 sur le circuit souple. Un circuit souple thermoplastique traditionnel résistant à la chaleur peut par exemple être utilisé. Les pistes conductrices seront préférentiellement disposées sur la face du circuit souple en regard de la barrière anti-érosion pour les isoler électriquement par rapport aux cellules et aux cloisons.

[0040] Le réseau résistif comporte des liaisons électriques 9 isolées d’alimentation ici se raccordant à un générateur électrique 20 externe au dispositif en passant sous des bordures 11 entourant le dispositif.

[0041] Dans l’exemple de la figure 3, le réseau résistif est constitué au moyen de pistes conductrices 8 directement formées en méandres 10 sur une partie de la membrane formant la barrière anti-érosion 4 qui constitue elle-même le substrat d’un circuit souple comportant ledit réseau. Dans ce cas, la membrane va être réalisée dans un matériau adapté à recevoir ces pistes conductrices qui peuvent être réalisées selon les techniques traditionnelles à partir de matériaux utilisés habituellement dans la fabrication de réseaux chauffants comme l’inconel, l’inox, ou le constant ou la fabrication de pistes électroniques déposés sur la membrane.

[0042] Dans ce cas, la membrane dont les pistes du réseau résistif seront en outre recouvertes d’un vernis ou d’une couche de matériau isolant électrique comporte aussi les pistes d’alimentation 9 du ou des réseaux résistifs qui seront aussi raccordées à un générateur électrique 20 externe au dispositif par exemple par l’intermédiaire de fils électriques isolés raccordés sur ladite membrane.

[0043] Selon les figures 2 ou 3, le ou les réseaux résistifs 7 ou 8 recouvrent des cellules 2b disposées dans des zones de plus petit rayon de courbure de ladite surface.

[0044] Lesdites zones de plus petit rayon de courbure sont ici constituées par le bord d’attaque d’un élément de voilure, le dispositif à cellules 2a dépourvues de réseaux résistifs s’étendant selon la figure 3 au-delà dudit bord d’attaque en face supérieure et inférieure dudit élément de voilure. Ceci permet d’utiliser les impulsions de pression au-dessus et au-dessous du bord d’attaque qui lui sera dégivré par le dispositif à réseau résistif sans rupture de continuité puisque le dispositif à réseau résistif est intégré sous la barrière anti-érosion du dispositif à cellules et impulsions de pression. [0045] Les cellules 2b peuvent être munies de trous d’aspiration par le dispositif générateur de dépression ou non et peuvent être munies de trous reliés au dispositif de génération d’impulsions de pression ou non, par exemple selon la courbure du profil si elle permet ou non à la barrière anti-érosion de se soulever des cloisons ou non.

[0046] Cette intégration du dispositif à réseau résistif dans le dispositif à cellules permet d’accroître la qualité du dégivrage par exemple en séquençant les méthodes de dégivrage et en utilisant tout de même les cellules se rapprochant du bord d’attaque avec le dispositif de génération d’impulsions de pression même si la courbure de la barrière anti-érosion réduit l’efficacité de ces impulsions en limitant la hauteur de déplacement de cette dernière.

[0047] Un avantage supplémentaire est de pouvoir dimensionner le réseau résistif au mieux pour réduire sa consommation et par exemple un réseau résistif dégageant 1 ,5W/cm ² et comportant une largeur de 20 à 100 mm par bord d’attaque sera adaptée à différents types de profils et conditions de vol.

[0048] Pour l’utilisation du dispositif tel qu’ici décrit, on active le dispositif de génération de dépression dès le début du vol pour plaquer la barrière anti-érosion sur les cloisons puis lorsque le givrage apparaît, on démarre une séquence de dégivrage par l’alimentation électrique du ou des réseaux résistifs 7 ou 8 selon la configuration, en sorte de dégivrer la ou les zones équipées desdits réseaux résistifs constituant ainsi des zones de d’amorce de rupture de la glace déposée sur ladite surface puis on provoque des impulsions de pression au niveau des zones de ladite surface dépourvues de réseaux résistifs pour décoller la glace accumulée sur le profil. Le fait que la barrière anti-érosion soit équipée du dispositif résistif fait qu’il y a une continuité entre la zone dégivrée par le dispositif résistif et la zone dégivrée par le dispositif à impulsions de pression.

[0049] Cette continuité permet aussi d’utiliser le réseau résistif disposé au niveau d’un bord d’attaque du profil aérodynamique pour empêcher une captation ou une accumulation de glace dans la zone protégée par la solution thermique et créer un ruissèlement d’eau de glace fondue qui va recongeler dans une zone de dégivrage mécanique, la glace déplacée étant alors facilement expulsées par le procédé d’impulsions de pression.

[0050] Pour ce faire, la puissance de chauffage dudit réseau peut être adaptée en fonction de la vitesse de l’aéronef et de la température extérieure pour que les gouttelettes givrent à une distance préférentielle du bord d’attaque sur la zone pourvue des cellules et soient expulsées de la surface comportant lesdites cellules par le dispositif à impulsions de pression.

[0051] Il est aussi possible avec un dispositif de contrôle des électrovannes 62 tel qu’un calculateur 65 comportant une programmation adaptée de générer des impulsions de pression cadencées en vagues partant des cellules contiguës au réseau résistif et s’étendant aux cellules s’éloignant desdits réseaux résistifs.

[0052] Pour fixer les idées le dispositif d’antigivrage et de dégivrage la présente divulgation peut comporter un ratio de 80% de surface couverte par le dispositif à impulsions de pression et de 20% de surface équipée de réseaux résistifs ce qui permet une division par 4,5 de la densité de puissance par rapport à de l’antigivrage électrothermique voire un ratio de 90% de surface couverte par le dispositif à impulsions de pression et de 10% à réseaux résistifs électrothermiques ce qui permet une division par 9 de la densité de puissance par rapport à de l’antigivrage électrothermique pur.

[0053] Le dégivrage est efficace. Une telle configuration allie une masse réduite et une consommation électrique réduite.

[0054] Pour la fabrication du dispositif, la barrière anti-érosion appliquée sur les cellules aura son pourtour collé et riveté sous un encadrement du dispositif.

[0055] L’invention ne se limite pas aux exemples décrits ci-avant et notamment la surface du dispositif peut être différente de celle représentée et le profil peut être un profil différent de celui d’un élément de voilure et peut être notamment un profil d’entrée d’air de soufflante ou une forme 3D non développables telle qu’une double courbure de nacelle de réacteur.