EP4419423A1 - Dispositif de dégivrage combiné - Google Patents

Dispositif de dégivrage combiné

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Publication number
EP4419423A1
EP4419423A1 EP22802212.5A EP22802212A EP4419423A1 EP 4419423 A1 EP4419423 A1 EP 4419423A1 EP 22802212 A EP22802212 A EP 22802212A EP 4419423 A1 EP4419423 A1 EP 4419423A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
networks
cells
resistive heating
icing
barrier
Prior art date
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Pending
Application number
EP22802212.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Loïc Boissy
Romain DUPERRIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aerosystems SAS
Original Assignee
Safran Aerosystems SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aerosystems SAS filed Critical Safran Aerosystems SAS
Publication of EP4419423A1 publication Critical patent/EP4419423A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
    • B64D15/16—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft by mechanical means, e.g. pulsating mats or shoes attached to, or built into, surface
    • B64D15/166—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft by mechanical means, e.g. pulsating mats or shoes attached to, or built into, surface using pneumatic boots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
    • B64D15/12—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft by electric heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
    • F02C7/047—Heating to prevent icing

Definitions

  • the invention falls within the field of de-icing devices for aircraft and more particularly of devices for de-icing wing elements or air inlets of aircraft turbine engines.
  • document WO2015/110974 A1 relates to a pressure pulse de-icing device comprising a plurality of unit cells on a surface of an aircraft each provided with at least a first orifice connected to a vacuum line for distributing a depression to the cells collectively and at least one second orifice connected to a source of pressure to introduce a pressurized fluid into the cells taken individually, the cells being covered with a waterproof semi-rigid protective sheet.
  • the unit cells are organized in rows and columns and separated by boundary partitions forming a trellis around the cells.
  • the protective sheet rests on the delimitation partitions by applying a depression to all the cells.
  • a pressure pulse is applied to some of the cells and propagated in a wave over the entire surface of the device.
  • This technique which is based on the rapid propagation of a localized deformation of the protective sheet, is effective for surfaces with a large radius of curvature, whether they are convex or concave, but cannot be used on convex or concave surfaces.
  • concaves provided with a small radius of curvature because a small radius of curvature opposes the deformation of the protection sheet.
  • the present disclosure proposes to integrate one or more resistive heating elements in a pressure pulse device so as to produce a hybrid defrosting device combining a pressure pulse technique under a membrane which forms an anti-erosion barrier on the surface of the airfoil and an electric heating element technique located.
  • the hybrid defrosting device is thus easy to set up and the combination of the pressure pulse technique and the technique with electric heating elements located at particular places makes it possible to increase the efficiency of the defrosting by synergy effect.
  • an anti-icing or de-icing device for an aerodynamic profile, which may be a leading edge of a wing or of a wing element or which may be an air intake lip of a turbomachine, said device comprising a first so-called lower surface, a plurality of cells formed of unitary cavities delimited by a mesh of partitions on said first surface and a barrier arranged on the mesh of partitions, for which said first surface comprises a first plurality of holes, connecting said unitary cavities to a device for generating depression in said cavities simultaneously so as to press the barrier against the mesh of partitions, and a second plurality of holes, connecting said unitary cavities to a device for generating one or more pressure pulses in at least some of said selected unitary cavities, for which the barrier is equipped with one or more resistive heating networks positioned under said barrier in line with some of said cells to produce localized electrothermal defrosting zones in said device.
  • the said resistive heating network(s) may consist of flexible circuits provided with conductive tracks forming meanders on said flexible circuits.
  • the resistive heating networks may comprise electrical supply connections, passing through some of said cells or along the edges of the device and connecting said networks to an electric generator.
  • the resistive heating network or networks may be formed by conductive tracks directly formed in meanders on a part of the barrier which then constitutes the substrate of a flexible printed circuit comprising said networks.
  • the barrier may include supply tracks for the resistive heating network(s) for connection to an electric generator.
  • the resistive heating network(s) may cover some of said cells arranged in zones with a smaller radius of curvature of said profile.
  • the resistive heating network or networks can in particular be located at the level of the cells which cover a leading edge of an aerodynamic profile forming said zones of smallest radius of curvature, the device with cells devoid of resistive heating networks s extending in areas of greater radius of curvature beyond said leading edge on either side of said leading edge.
  • the present disclosure further relates to a method for de-icing a surface of an aerodynamic profile of an aircraft comprising a de-icing device as described above, for which the vacuum generation device is activated and then a defrosting sequence by the power supply of the resistive heating network or networks so as to defrost the zone or zones equipped with said networks, thus constituting zones for initiating rupture of the ice deposited on said surface, then pressure pulses are caused at the level of the areas of said surface devoid of resistive heating networks to detach the ice accumulated on said profile.
  • the device comprising a resistive heating network arranged at the level of a leading edge of said aerodynamic profile and a surface provided with cells devoid of resistive heating network in continuity with said leading edge
  • the method can be such that the power heating of said network is adapted as a function of the speed of the aircraft and of the outside temperature to create icing droplets on the surface comprising said cells, said frosted droplets being expelled from the surface comprising said cells by the pressure pulse device .
  • the method may be such that the pressure pulse device generates pressure pulses in waves starting from the cells adjacent to the resistive heating network and extending to the cells moving away from said resistive heating networks.
  • FIG. 1 shows a schematic view of cells in sectional side view and of pressure and vacuum generation devices
  • FIG. 2 shows in front perspective a section of a first example airfoil provided with a second example of the device of the present disclosure
  • FIG. 3 shows in side perspective a section of an example airfoil fitted with a second example of the device of the present disclosure
  • FIG. 4 shows a detail of a cell of the present disclosure.
  • the present disclosure proposes an anti-icing or de-icing device for an aerodynamic profile 100, a section of which is represented in FIGS. 2 and 3, for example an aircraft wing, the de-icing applying in particular to a surface of the profile around a leading edge 101 of this profile.
  • the de-icing device comprises, according to Figure 4 constituting a detail view, a first so-called lower surface 1, a plurality of unitary cavities 2 with a length in a direction parallel to the leading edge of 70 mm to 140 mm, with a width in a direction perpendicular to the leading edge of between 50 mm and 100 mm and a height of the order of 0.2 mm to 1 mm.
  • These cells are delimited not a lattice of partitions 3 on said first surface and a skin or barrier 4 in particular an anti-erosion barrier placed on the lattice of partitions.
  • the partitions it is possible to dig the surface in the shape of the cavities which forms the partitions around the hollowed out parts, it is also possible to place a mesh of joints on the surface, or it is possible to place a lattice made of polymer or elastomer material, the meshes of which form the cavities on the first surface or to combine these methods.
  • the cavities can be dug in the first surface to have a height preferably situated between 0.2 mm to 1 mm and the partitions will have a width of the order of 2 mm to 3 mm.
  • a flexible joint can be arranged at the top of the partitions or constitute the latter.
  • the first surface further comprises a first plurality of holes 5, connecting the cavities to a vacuum generating device as shown in Figure 1 and comprising a vacuum generator 51, a network of distributor pipes 52, tubes 53 with end pieces opening into the holes 5 of the cavities 2.
  • the vacuum generator is connected to all the cavities in order to generate a vacuum simultaneously in said cavities so as to press the anti-erosion barrier 4 against the mesh of partitions along the dotted line 4a.
  • Said first surface further comprises a second plurality of holes 6, connecting the individual cavities to a device for generating one or more pressure pulses.
  • This device comprises a pressure generator 61, a distribution network 64, a solenoid valve 63 per cell or per row of cells arranged perpendicular to the direction of the air flow on the surface and a tube 63 per cell connected to the hole 6 in the cell.
  • This device makes it possible to inject pressure pulses suitable for separating the anti-erosion barrier from the top of the partitions by approximately 2 mm to 3 mm symbolized by the dotted line 4b in FIG. 1 in the form of a pulse of a duration of the order of 50 ms to 500 ms and in particular of the order of 250 ms at the level of selected cavities.
  • the device of the present disclosure is completely integrated into the structure and is not extra thick. This makes it possible to respect the aerodynamic profile and therefore not to degrade the finesse of the aircraft.
  • the traditional pneumatic systems remain inflated for around 5s during the de-icing phases, which has a detrimental effect on the aerodynamic performance, whereas with the present device the de-icing pulses last between 50 ms and 500 ms and in particular of the order of 250ms.
  • the anti-erosion barrier is a semi-rigid membrane 4 whose rigidity is adapted to allow it to be placed against the tops of the partitions, to follow the profile, to rise during the application of the pressure pulse but which is rigid enough not to waver or vibrate under the aerodynamic stresses to which the profile is subjected.
  • It can be made of a thin metal sheet, a material such as a fiberglass or carbon fiber and resin composite, or an opaque thermoplastic material such as PEEK, PA, PPS, PPSU, PPA, PI or advantageously a PEI.
  • the semi-rigid membrane forming the anti-erosion barrier will be of a thickness of the order of 0.8 to 2 mm adapted to allow its deformation by plating on the partitions when the depression is in operation and its displacement on 1 to 3 mm when applying pressure pulses.
  • the thickness of the semi-rigid membrane chosen is around 0.8 mm.
  • the anti-erosion barrier is equipped with one or more resistive heating networks or electrothermal networks, hereinafter resistive networks, positioned under said anti-erosion barrier in line with some of the cells. to produce electrothermal de-icing or anti-icing zones located in said device.
  • the resistive network consists of a flexible circuit 7 provided with conductive tracks forming meanders 10 on the flexible circuit.
  • a traditional heat-resistant thermoplastic flexible circuit can for example be used.
  • the conductive tracks will preferably be arranged on the side of the flexible circuit opposite the anti-erosion barrier to electrically isolate them from the cells and the partitions.
  • the resistive network comprises insulated electrical connections 9 supply here connecting to an electrical generator 20 external to the device passing under borders 11 surrounding the device.
  • the resistive network is formed by means of conductive tracks 8 directly formed in meanders 10 on a part of the membrane forming the anti-erosion barrier 4 which itself constitutes the substrate of a flexible circuit comprising said network.
  • the membrane will be made of a material suitable for receiving these conductive tracks which can be made using traditional techniques from materials usually used in the manufacture of heating networks such as inconel, stainless steel, or constant or the manufacture of electronic tracks deposited on the membrane.
  • the membrane also comprises the supply tracks 9 of the resistive network(s) which will also be connected to an electric generator 20 external to the device, for example via insulated electric wires connected to said membrane.
  • the resistive network or networks 7 or 8 cover cells 2b arranged in areas of smaller radius of curvature of said surface.
  • Said zones of smallest radius of curvature are here constituted by the leading edge of a wing element, the cell device 2a devoid of resistive networks extending according to FIG. 3 beyond said edge of attack on the upper and lower face of said wing element.
  • This makes it possible to use the pressure pulses above and below the leading edge which will be defrosted by the resistive network device without breaking continuity since the resistive network device is integrated under the anti-erosion barrier of the device with cells and pressure pulses.
  • the cells 2b may or may not be provided with suction holes by the vacuum generating device and may or may not be provided with holes connected to the pressure pulse generation device, for example depending on the curvature of the profile if it allows or not the erosion barrier to lift from the partitions or not.
  • This integration of the resistive network device in the cell device makes it possible to increase the quality of de-icing, for example by sequencing the de-icing methods and still using the cells approaching the leading edge with the de-icing device. generation of pressure pulses even if the curvature of the anti-erosion barrier reduces the effectiveness of these pulses by limiting the height of displacement of the latter.
  • An additional advantage is to be able to dimension the resistive network as well as possible to reduce its consumption and for example a resistive network giving off 1.5 W/cm 2 and comprising a width of 20 to 100 mm per leading edge will be adapted to different profile types and flight conditions.
  • the vacuum generation device is activated from the start of the flight to press the anti-erosion barrier against the partitions, then when icing appears, a de-icing sequence is started. by the power supply of the resistive network or networks 7 or 8 depending on the configuration, so as to defrost the zone or zones equipped with said resistive networks, thus constituting zones of initiating breakage of the ice deposited on said surface and then causing pressure pulses at the areas of said surface devoid of resistive networks to loosen the ice accumulated on the profile.
  • the fact that the anti-erosion barrier is equipped with the resistive device means that there is continuity between the zone defrosted by the resistive device and the zone defrosted by the pressure pulse device.
  • This continuity also makes it possible to use the resistive network arranged at the level of a leading edge of the aerodynamic profile to prevent capture or accumulation of ice in the zone protected by the thermal solution and to create runoff of water. melted ice that will refreeze in a defrost area mechanical, the displaced ice being then easily expelled by the process of pressure pulses.
  • the heating power of said network can be adapted according to the speed of the aircraft and the outside temperature so that the droplets freeze at a preferential distance from the leading edge on the zone provided with the cells. and are expelled from the surface comprising said cells by the pressure pulse device.
  • a solenoid valve control device 62 such as a computer 65 comprising suitable programming to generate pressure pulses clocked in waves starting from the cells adjacent to the resistive network and extending to the cells moving away of said resistive networks.
  • the present disclosure of the anti-icing and de-icing device may include a ratio of 80% surface area covered by the pressure pulse device and 20% surface area equipped with resistive networks, which allows a division by 4.5 of the power density compared to electrothermal anti-icing or even a ratio of 90% of surface covered by the pressure pulse device and 10% by electrothermal resistive networks which allows a division by 9 of the power density compared to pure electrothermal anti-icing.
  • Defrosting is effective. Such a configuration combines reduced mass and reduced electrical consumption.
  • the anti-erosion barrier applied to the cells will have its periphery glued and riveted under a frame of the device.
  • the surface of the device may be different from that shown and the profile may be a profile different from that of a wing element and may in particular be a profile fan air inlet or a non-developable 3D shape such as a double curvature of an engine nacelle.

Landscapes

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Abstract

Dispositif de dégivrage d'un profil aérodynamique (100), comportant une surface dite inférieure, une pluralité de cavités unitaires (2a, 2b) délimitées par un treillis de cloisons (3a, 3b) sur ladite surface et une barrière disposée sur le treillis de cloisons, pour lequel ladite surface comporte une première pluralité de trous (5), 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 (6), 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 résistifs chauffants (8) se positionnant sous ladite barrière au droit de certaines des cellules (2b, 2c) pour réaliser des zones de dégivrage électrothermique localisées dans ledit dispositif.

Description

Description
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/cm2 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.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif de dégivrage d’un profil aérodynamique (100), comportant une surface (1 ) dite inférieure, une pluralité de cellules (2, 2a, 2b, 2c) formées de cavités unitaires délimitées par un treillis de cloisons (3) sur ladite surface et une barrière (4) disposée sur le treillis de cloisons, pour lequel ladite surface comporte une première pluralité de trous (5), reliant desdites cavités unitaires à un dispositif (51 , 52, 53) 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 (6), reliant desdites cavités unitaires à un dispositif de génération (61 , 62, 63, 64) d’une ou plusieurs impulsions de pression dans au moins certaines desdites cavités unitaires sélectionnées, caractérisé en ce que la barrière (4) est équipée d’un ou plusieurs réseaux résistifs chauffants (7, 8) se positionnant sous ladite barrière au droit de certaines desdites cellules (2b, 2c) pour réaliser des zones de dégivrage électrothermique localisées dans ledit dispositif.
[Revendication 2] Dispositif de dégivrage selon la revendication 1 , pour lequel le ou lesdits réseaux résistifs chauffants sont constitués de circuits souples (7) pourvus de pistes conductrices formant des méandres (10) sur lesdits circuits souples.
[Revendication 3] Dispositif de dégivrage selon la revendication 2, pour lequel les réseaux résistifs chauffants comportent des liaisons électriques (9) d’alimentation, traversant certaines desdites cellules ou longeant des bordures du dispositif et reliant lesdits réseaux à un générateur électrique (20).
[Revendication 4] Dispositif de dégivrage selon la revendication 1 , pour lequel le ou les réseaux résistifs chauffants sont constitués par des pistes conductrices (8) directement formées en méandres (10) sur une partie de la barrière (4) qui constitue alors le substrat d’un circuit imprimé souple comportant lesdits réseaux.
[Revendication 5] Dispositif de dégivrage selon la revendication 4, pour lequel la barrière comporte des pistes d’alimentation (9) du ou des les réseaux résistifs chauffants de liaison à un générateur électrique (20).
[Revendication 6] Dispositif de dégivrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour lequel le ou les réseaux résistifs chauffants (7, 8) recouvrent certaines desdites cellules (2b) disposées dans des zones de plus petit rayon de courbure dudit profil.
[Revendication 7] Dispositif de dégivrage selon la revendication 6, pour lequel le ou les réseaux résistifs chauffants sont situés au niveau des cellules en regard d’ un bord d’attaque d’un profil aérodynamique réalisant lesdites zones de plus petit rayon de courbure, le dispositif à cellules (2a) étant dépourvu de réseau résistif 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.
[Revendication 8] Procédé de dégivrage d’une surface d’un profil aérodynamique d’un aéronef comportant un dispositif de dégivrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour lequel on active le dispositif de génération de dépression (51 , 52, 53) puis on démarre une séquence de dégivrage par l’alimentation électrique du ou des réseaux résistifs chauffants (7, 8) 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.
[Revendication 9] Procédé selon la revendication 8, pour lequel le dispositif comportant un réseau résistif chauffant (7, 8) disposé au niveau d’un bord d’attaque dudit profil aérodynamique et une surface pourvue de cellules (2a) dépourvues de réseau résistif chauffant en continuité dudit bord d’attaque, 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.
[Revendication 10] Procédé de dégivrage d’une surface d’un profil aérodynamique d’un aéronef selon la revendication 8 ou 9, pour lequel le dispositif à impulsions de pression (61 , 62) 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.
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