WO2008015356A1 - Dispositif de detection et d'elimination de la presence d'une couche de glace ou d'un liquide - Google Patents

Dispositif de detection et d'elimination de la presence d'une couche de glace ou d'un liquide Download PDF

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liquid
ice
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network
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Marie-Anne De Smet
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Airbus Operations SAS
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    • 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
    • B64D15/20—Means for detecting icing or initiating de-icing
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a device for detecting and eliminating the presence of an ice layer formed on the outer surface of an aeronautical structure or the presence of an infiltrated liquid inside a structure and / or in the material of the structure, this presence may be on an extended surface or formed locally in areas of the structure.
  • detection means are available to detect the presence of frost or ice by performing a tactile inspection or using systems specifically designed to detect ice, such as ground ice detection devices (ISWM). But these means are difficult to implement and unsuitable for an aircraft structure. In addition, these detection means are dissociated from the de-icing means.
  • deicing or removing ice during aerial operations in icing conditions which consist in removing frost, ice on the critical surfaces of the aircraft before take-off.
  • physico-chemical means that consist of coating the critical surface of a product to limit and delay the formation of frost or to provide a liquid seeping through the structure. These means require special facilities to supply these resources at airports.
  • Anti-icing fluid may cause clogging problems on the structure.
  • These physico-chemical means further require that the aircraft is immobilized on the ground to proceed with the deicing of the critical surfaces. This implies a relatively long time before takeoff of the aircraft and the presence of a qualified operator, therefore resulting in a relatively high cost.
  • deicing devices adapted during the flight of the aircraft, such as the device that uses a pneumatic system consisting of flexible material tubes embedded in the leading edges whose alternating inflation and deflation break the frost when It is formed, or the thermal de-icers constituted by pipes traversed by hot air taken from the engines. All these means require a large air intake resulting in an increase in fuel consumption, and thus penalizing the performance of the turbojet engine. In addition, such a device requires the presence of a sufficient space to accommodate the pipes and associated control devices.
  • the present invention aims at providing a suitable detection and defrosting device which makes it possible to monitor the critical zones of the structures to be controlled, whether they are accessible or not, and to proceed with deicing when it detects the presence of an ice layer.
  • the device of the present invention is also adapted to eliminate the presence of a liquid infiltrated inside a structure, and / or sometimes infiltrated into the material of the structure which may deteriorate the mechanical strength of the structure. structure.
  • the presence of this liquid is mainly due to infiltrations accumulated during the use of the structure, and not to an anomaly of the structure during its assembly.
  • This liquid can be present on several centimeters inside the structure.
  • This liquid can be water, stored by the condensation effect, or hydraulic oil, for example Skydroll oil which is a very corrosive liquid for structures and its presence, undesirable, can be related leaks at the actuators.
  • the problems to be solved for such a device are: to have detection and elimination means adapted to be easily affixed to the surface of the structures to be controlled whether they are accessible or not or within the structures while remaining negligible mass and space and requiring only a small electrical power for their operation, to have means that allow automatic management to minimize the work of the operator and the driver to reduce the cost of maintenance.
  • the present invention has a device for detecting and eliminating an ice layer formed on the outer surface of an aircraft structure or an infiltrated liquid inside the structure and / or in the material of the structure.
  • each sub-network comprising at least one series of conductive elements, said sub-networks being arranged in such a way that the interlocking between conductive elements of the first sub-network and the two conducting elements of the second sub-network form an array of capacitive sensors, said conductive elements being embedded in an insulating material, each sub-network of elements being integrated in a flexible support, the together forming a flexible coating.
  • said flexible supports being arranged perpendicularly to the surface of the structure so that the insulating material is in direct contact with the ice layer or close to the structure.
  • said flexible supports being arranged in a plane parallel to the plane of the surface of the structure, the support constituting the outer face of said coating is partially porous so as to let the ice or liquid into the insulating material.
  • said coating is preferably attached to a portion of said outer surface of the structure in the shape of the structure.
  • said coating is preferably inserted inside the structure, fixed on an internal surface of the structure or incorporated in the material constituting the structure.
  • the device comprises a set of capacitive sensor networks ensuring the removal of ice or liquid for each sector.
  • the dimensions and arrangement of the conductive elements are determined to be able to detect a capacitance variation induced by the presence of ice or liquid penetrated into said insulating material.
  • the device further comprises an interface electronics implanted at the periphery of at least one capacitive sensor array for driving said conductive elements, said electronics comprising a control circuit for providing electronic power to said conductive elements. , and a microprocessor.
  • the microprocessor comprises a memory containing a table of reference capacity values per pair of conductive elements, and means for differential analysis of the capacitance values measured with respect to the capacity values of the reference table.
  • Said table of reference capacity values is predetermined by modeling or experimentally.
  • the differential analysis means comprise means for generating a state signal S characteristic of the fact that a differential average value resulting from the difference between the reference capacitance values and the measured capacitance values.
  • capacitive sensors exceeds a threshold value representative of the presence of an ice layer or the presence of a liquid, said state signal S being transmitted by said microprocessor to said control circuit in order to trigger the sending of a current through said conductive elements.
  • the device can be connected to a dashboard located in the cockpit via a communication box for displaying the operating parameters and for controlling of the device.
  • FIG. 1.A and FIG. 1.B respectively showing a top view in partial section of FIG. an array of capacitive sensors according to both embodiments of the invention
  • FIG. 2 schematically showing an example of an assembly configuration between the interface electronics and a set of three capacitive sensor networks.
  • the invention relates to a device for detecting and eliminating an ice layer formed on the outer surface of an aeronautical structure, or the presence of a liquid inside a structure and / or infiltrated into the material. of the structure, the invention is particularly applicable to aeronautical structures of complex shapes and during the flight phase of the aircraft.
  • the device comprises means adapted to predict and detect the formation of an ice layer or the presence of a liquid and means adapted to operate as a disposal device .
  • FIG. 1.A shows a first embodiment of the invention in which the device comprises two subarrays of conductive elements 2a, 2b.
  • the two sub-networks are arranged by facing the conductive elements 3 so that the interlocking between the elements of the first network 2a and the elements of the second network 2b form an array of capacitive sensors.
  • each conductive element 3 of the first sub-network 2a is inserted between two adjacent elements of the second sub-network 2b.
  • the two sub-networks thus form an array of capacitive sensors 1.
  • the set of conductive elements is embedded in an insulating material 4.
  • the conducting elements 3 are respectively integrated into an upper flexible support 5a and a lower flexible support 5b which are arranged in a plane parallel to the plane of the surface of the structure 6.
  • the upper support 5a of which the face 7 is oriented towards the outside is then partially porous so as to let the ice or the liquid into the insulating material 4.
  • the assembly forms a flexible coating.
  • FIG. 1.B shows a second embodiment of the invention in which the flexible supports 5 are arranged in a plane perpendicular to the plane of the surface of the structure 6 so that the insulating material 4 sandwiched between the two supports is in direct contact with the outside, in particular it is in contact with a possible layer of ice or a liquid and close to the structure.
  • the face intended to come to adhere to the surface of the structure comprises a flexible film on which is integrated the network of capacitive sensors, the assembly thus also forms a flexible coating. To remove the ice layer, said coating is preferably attached to a portion of said outer surface of the structure 6 in the shape of the structure.
  • said coating is inserted inside the structure, fixed on an internal surface of the structure or embedded directly in the material of the structure, for example during the manufacturing phase of the structure.
  • the lower flexible support or the flexible film is secured to the surface of the structure by means of an adhesive material.
  • the capacitive sensor array is the means for detecting the presence of an ice layer or liquid.
  • the dimensions and the arrangement of the conductive elements are determined to be able to detect a capacitance variation induced by a variation of the dielectric constant of the insulating material.
  • Each conductive element is spaced apart from adjacent conductive elements by a distance sufficient to provide suitable electrical insulation.
  • the deicing means are also constituted by the conductive elements embedded in the insulating material which are heating resistive elements that can dissipate electrical power by the Joule effect when the device operates in the elimination mode.
  • the conductive elements are made of a metal resistive material, for example a silver or copper alloy.
  • the array of conductive elements is obtained by optical lithography through a mask, and then coupled by a plasma metallization step or any other deposition means.
  • the dimension of the conductive elements is of the order of tens of microns.
  • the insulating material in which the conductive elements are embedded is preferably made of a material of the family of materials having a high coefficient of permittivity.
  • this interface electronics is also integrated at the periphery of each capacitive sensor array.
  • This interface comprises a control circuit 8 connecting the conductive elements to a power supply box and a microprocessor 9 which connects the network of conductive elements to the housing 11.
  • Each line or each column of conductive elements is controlled separately by the circuit so that in case of failure of a line or column of conductive elements the network continues to operate.
  • FIG. 2 schematically illustrates an example of a control circuit of a set of three capacitive sensor networks covering for example an area of the surface of a structure.
  • the power supply box is connected to the three networks 101, 102, 103 respectively via input and current output wires 201a, 201b, 202a, 202b, 203a, 203b, the housing itself being connected to a DC voltage source or an AC voltage source.
  • the wiring of each network to the box is independent of the wiring of the adjacent networks so as to minimize the risk of device failure.
  • the surface of the structure to be de-iced can be divided into a succession of sectors to be de-iced, the device is arrayed on the surface of the structure so as to produce a carpet covering the surface concerned to ensure the elimination of ice or liquid for each sector.
  • the density of the network depends on the one hand on the size of the area to be covered and on the other hand the degree of risk of the area concerned.
  • this network configuration makes it possible to continue to provide the elimination and de-icing function in the event of failure of one of the devices.
  • FIG. 2 represents by way of illustration a device consisting of three sensor arrays arranged so as to be contiguous, they may also be arranged separately at regular or random intervals.
  • the assembly forms a flexible coating which is fixed on an area of the critical surface. When the surface is extended, several devices are then arrayed or at random intervals in an optimal configuration to remove the ice layer or liquid.
  • the power supply box 11 is connected to a control panel 14 located in the control cabin via a communication box 10 for displaying the operating parameters and for controlling the device.
  • the microprocessor comprises a memory containing a table of reference capacity values per pair of conductive elements and means for differential analysis of the capacitance values. measured by the capacitive sensors in relation to the capacity values of the reference table.
  • the table of reference capacity values is predetermined by modeling or experimentally.
  • the differential analysis means comprise means for generating a state signal S characteristic of the fact that a differential average value resulting from the difference between the reference capacitance values and the capacitance values measured by the sensors exceeds a threshold value representative of the presence of a frost layer on the surface of the structure or liquid in the structure.
  • the status signal S is transmitted by the microprocessor to the housing power supply in order to trigger the sending of a current through the conductive elements.
  • the sending of the current in a set of capacitive sensor networks can be a sequential sending so as to achieve a sequential heating.
  • the three networks 101, 102 and 103 are heated one after the other.
  • This sending can also be a simultaneous sending in the three networks.
  • the detection device can prevent relatively early formation of ice or liquid, in addition, during the defrosting phase, the ice layer is in direct contact with the network of conductive elements. The passage of the current in the conductive elements causes the melting of the ice in direct contact with the surface of the device which induces a detachment of the ice layer.
  • the temperature rise required for surface melting uses a relatively low power.
  • the current to be sent in the conductive elements to obtain a sufficient defrost is between 5 mA and 10 mA.
  • the device of the invention is associated with means for measuring the humidity and temperature of the skin of the structure of the aircraft during the flight of the aircraft. These means make it possible to automatically trigger the device in ice detection mode depending on the ice formation conditions.
  • the device for detecting and removing ice or liquid can be triggered by the driver manually for the purpose of preventive treatment.
  • the device is directly activated in a mode of elimination operation, the conductive elements are then supplied with current in a continuous manner.
  • the device of the present invention associating an electronic interface with the capacitive sensor networks makes it possible to activate the elimination function of the device only in the presence of an ice or liquid layer with an optimal response time, making it possible to optimize the power consumption of the device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

L'objet de l'invention concerne un dispositif de détection et d'élimination d'une couche de glace formée sur la surface d'une structure aéronautique (6) ou d'un liquide infiltré à l'intérieur d'une structure et/ou dans le matériau de la structure. Selon l'invention, il comprend au moins une paire de sous-réseaux d'éléments conducteurs (2a, 2b), chaque sous réseau comportant au moins une série d'éléments conducteurs (3), lesdits sous-réseaux étant disposés de manière à ce que l'emboîtement entre les éléments conducteurs (3) du premier sous- réseau et les éléments conducteurs (3) du deuxième sous-réseau forme un réseau de capteurs capacitifs (1 ), lesdits éléments conducteurs étant noyés dans un matériau isolant (4), chaque sous-réseau d'éléments conducteurs étant intégré dans un support souple (5, 5a, 5b), l'ensemble formant ainsi un revêtement souple.

Description

DISPOSITIF DE DETECTION ET D'ELIMINATION DE LA PRESENCE D'UNE COUCHE DE GLACE OU D'UN LIQUIDE
La présente invention concerne un dispositif de détection et d'élimination de la présence d'une couche de glace formée sur la surface externe d'une structure aéronautique ou la présence d'un liquide infiltré à l'intérieur d'une structure et/ou dans le matériau de la structure, cette présence pouvant être sur une surface étendue ou formée localement dans des zones de la structure.
La présence du givre, de la glace sur des éléments de structure les plus exposés et les plus critiques d'un aéronef, tels que les ailes, l'empennage et les stabilisateurs peuvent perturber le fonctionnement de l'aéronef. Essentiellement, lorsqu'il y a une accumulation, le poids de la glace ou de la neige s'ajoutant au poids de l'aéronef entraîne un alourdissement de l'aéronef, nécessitant ainsi une poussée plus importante lors de son décollement. En outre une très légère rugosité de surface, d'une épaisseur aussi minime que 0.4 mm causée par la présence de la glace ou de la neige modifie l'écoulement de l'air au niveau de la portance et des gouvernes de l'aéronef. La conséquence de cette rugosité est une diminution importante de la portance, une augmentation de la traînée et une manoeuvrabilité amoindrie, particulièrement durant les phases de décollage et de montée initiale de l'aéronef.
Une autre conséquence importante vient du fait que les couches de glace qui se détachent des ailes ou du fuselage durant le décollage ou la montée de l'aéronef peuvent être intégrées par aspiration dans les moteurs montés à l'arrière du fuselage, causant ainsi des dommages voire un arrêt des moteurs. Les couches de glace qui se détachent peuvent également causer des dommages attribués à l'impact contre des surfaces critiques telles que les stabilisateurs.
Il existe à ce jour des moyens de détection qui permettent de détecter la présence du givre ou de la glace en effectuant une inspection tactile ou à l'aide de systèmes spécialement conçus pour détecter la glace, comme les dispositifs de détection de glace de sol (GIDS). Mais ces moyens sont difficiles à mettre en oeuvre et inadaptés pour une structure d'aéronef. En outre ces moyens de détection sont dissociés des moyens de dégivrages. Il existe actuellement des moyens de dégivrage ou d'enlèvement de glace lors d'opérations aériennes dans des conditions de givrage qui consistent à enlever le givre, la glace sur les surfaces critiques de l'aéronef avant le décollage. Pour ce faire, on a recours à des moyens physico-chimiques qui consistent à enduire la surface critique d'un produit afin de limiter et retarder la formation de givre ou à apporter un liquide suintant à travers la structure. Ces moyens nécessitent des installations particulières pour approvisionner ces moyens dans les aéroports. Le liquide antigivrage risque d'induire des problèmes de colmatage sur la structure. Ces moyens physico-chimiques nécessitent en outre que l'aéronef soit immobilisé au sol pour procéder au dégivrage des surfaces critiques. Ceci implique un temps relativement long avant le décollage de l'aéronef et la présence d'un opérateur qualifié, entraînant par conséquent un coût relativement élevé.
On connaît également des dispositifs de dégivrage adaptés lors du vol de l'avion, tel que le dispositif qui utilise un système pneumatique constitué par des tubes en matériaux souples encastrés dans les bords d'attaque dont le gonflement et le dégonflement alternés brisent le givre lorsqu'il s'est formé, ou les dégivreurs thermiques constitués par des conduites parcourues par de l'air chaud prélevé sur les moteurs. Tous ces moyens nécessitent un prélèvement d'air important entraînant une augmentation de la consommation de carburant, et pénalisant ainsi les performances du groupe turboréacteur. En outre un tel dispositif nécessite la présence d'une place suffisante pour loger les tuyauteries et les dispositifs de commandes associés.
En outre, il n'existe pas à ce jour un système qui comporte à la fois des moyens de détection de la présence d'une couche de glace et des moyens de dégivrage pour faire décoller la couche de glace en temps réel, en particulier pendant le vol de l'avion.
La présente invention vise à proposer un dispositif de détection et de dégivrage adapté qui permet de surveiller les zones critiques des structures à contrôler, qu'elles soient accessibles ou non, et de procéder au dégivrage lorsqu'il détecte une présence de couche de glace.
Le dispositif de la présente invention est adapté également pour éliminer la présence d'un liquide infiltré à l'intérieur d'une structure, et/ou parfois infiltré dans le matériau de la structure qui risque de détériorer la résistance mécanique de la structure. La présence de ce liquide est due principalement à des infiltrations accumulées au cours de l'utilisation de la structure, et non à une anomalie de la structure lors de son assemblage. Ce liquide peut être présent sur plusieurs centimètres à l'intérieur de la structure. Ce liquide peut être de l'eau, emmagasinée par l'effet de condensation, ou de l'huile hydraulique, par exemple de l'huile Skydroll qui est un liquide très corrosif pour les structures et sa présence, non souhaitable, peut être liée à des fuites au niveau des actionneurs. Les problèmes à résoudre pour un tel dispositif sont : de disposer des moyens de détection et d'élimination adaptés pour être facilement apposés sur la surface des structures à contrôler qu'elles soient accessibles ou non ou à l'intérieur des structures tout en restant de masse et d'encombrement négligeable et en ne nécessitant qu'une faible puissance électrique pour leur fonctionnement, de disposer des moyens qui permettent une gestion automatique afin de réduire au maximum le travail de l'opérateur et du pilote pour réduire le coût de maintenance.
A cet effet, la présente invention présente un dispositif de détection et d'élimination d'une couche de glace formée sur la surface externe d'une structure d'aéronef ou d'un liquide infiltré à l'intérieur de la structure et/ou dans le matériau de la structure.
Selon l'invention, il comprend au moins une paire de sous-réseaux d'éléments conducteurs, chaque sous-réseau comportant au moins une série d'éléments conducteurs, lesdits sous-réseaux étant disposés de manière à ce que l'emboîtement entre les éléments conducteurs du premier sous-réseau et les deux éléments conducteurs du deuxième sous-réseau forme un réseau de capteurs capacitifs, lesdits éléments conducteurs étant noyés dans un matériau isolant, chaque sous-réseau d'éléments étant intégré dans un support souple, l'ensemble formant un revêtement souple.
Selon une forme de réalisation de l'invention, lesdits supports souples étant disposés perpendiculairement à la surface de la structure de sorte que le matériau isolant soit en contact direct avec la couche de glace ou proche de la structure.
Selon une autre forme de réalisation de l'invention, lesdits supports souples étant disposés dans un plan parallèle au plan de la surface de la structure, le support constituant la face externe dudit revêtement est partiellement poreux de manière à laisser pénétrer la glace ou le liquide dans le matériau isolant.
Pour éliminer la couche de glace, ledit revêtement est de préférence fixé sur une partie de ladite surface externe de la structure en épousant la forme de la structure.
Pour éliminer la présence du liquide, ledit revêtement est de préférence inséré à l'intérieur de la structure, fixé sur une surface interne de la structure ou incorporé dans le matériau constituant la structure.
Avantageusement la surface de la structure étant divisée en une succession de secteurs, le dispositif comporte un ensemble de réseaux de capteurs capacitifs assurant l'élimination de la glace ou du liquide pour chaque secteur.
Les dimensions et l'agencement des éléments conducteurs sont déterminés pour être aptes à détecter une variation de capacité induite par la présence de la glace ou du liquide pénétré dans ledit matériau isolant.
Selon l'invention, le dispositif comprend en outre une électronique d'interface implantée à la périphérie d'au moins un réseaux de capteurs capacitifs pour piloter lesdits éléments conducteurs, ladite électronique comprenant un circuit de commande pour assurer l'alimentation électronique desdits éléments conducteurs, et un microprocesseur.
Avantageusement, le microprocesseur comporte une mémoire contenant un tableau de valeurs de capacité de référence par couple d'éléments conducteurs, et des moyens d'analyse différentielle des valeurs de capacité mesurées par rapport aux valeurs de capacité du tableau de référence. Ledit tableau des valeurs de capacité de référence est prédéterminé par modélisation ou expérimentalement.
Selon l'invention, les moyens d'analyse différentielle comportent des moyens de génération d'un signal d'état S caractéristique du fait qu'une valeur moyenne différentielle résultant de la différence entre les valeurs de capacité de référence et les valeurs de capacité mesurées par les capteurs capacitifs dépasse une valeur seuil représentative de la présence d'une couche de glace ou la présence d'un liquide, ledit signal d'état S étant transmis par ledit microprocesseur vers ledit circuit de commande afin de déclencher l'envoi d'un courant à travers lesdits éléments conducteurs. Selon l'invention, pour un aéronef comportant un tel dispositif décrit ci- dessus, le dispositif peut être relié à un tableau de bord situé dans le cabine de pilotage via un boîtier de communication pour l'affichage des paramètres de fonctionnement et pour la commande du dispositif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins suivants : la figure 1.A et la figure 1.B représentant respectivement une vue de dessus en coupe partielle d'un réseau de capteurs capacitifs selon les deux modes de réalisation de l'invention ; la figure 2 représentant schématiquement un exemple de configuration d'assemblage entre l'électronique d'interface et un ensemble de trois réseaux de capteurs capacitifs.
L'invention concerne un dispositif permettant de détecter et d'éliminer une couche de glace formée sur la surface externe d'une structure aéronautique, ou la présence d'un liquide à l'intérieur d'une structure et/ou infiltré dans le matériau de la structure, l'invention est particulièrement applicable aux structures aéronautiques de formes complexes et pendant la phase du vol de l'avion.
Dans le cadre de réalisation des moyens d'élimination en temps réel, le dispositif comporte des moyens adaptés pour prévoir et détecter la formation d'une couche de glace ou la présence d'un liquide et des moyens adaptés pour fonctionner comme dispositif d'élimination.
Un tel dispositif ainsi que son système de fonctionnement sont décrits sur les figures 1 et 2. La figure 1.A représente un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif comporte deux sous-réseaux d'éléments conducteurs 2a, 2b.
Les deux sous-réseaux sont disposés en mettant en regard les éléments conducteurs 3 de sorte que l'emboîtement entre les éléments du premier réseau 2a et les éléments du deuxième réseau 2b forme un réseau de capteurs capacitifs.
Par exemple, chaque élément conducteur 3 du premier sous-réseau 2a est inséré entre deux éléments adjacents du deuxième sous-réseau 2b. Les deux sous-réseaux forment ainsi un réseau de capteurs capacitifs 1. L'ensemble des éléments conducteurs est noyé dans un matériau isolant 4. Comme représenté sur la figure 1.A, les éléments conducteurs 3 sont intégrés respectivement dans un support souple supérieur 5a et un support souple inférieur 5b qui sont disposés dans un plan parallèle au plan de la surface de la structure 6. Le support supérieur 5a dont la face 7 est orientée vers l'extérieur est alors partiellement poreux de manière à laisser pénétrer la glace ou le liquide dans le matériau isolant 4. L'ensemble forme un revêtement souple.
La figure 1.B représente un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel les supports souples 5 sont disposés dans un plan perpendiculaire par rapport au plan de la surface de la structure 6 de sorte que le matériau isolant 4 sandwiché entre les deux supports est directement en contact avec l'extérieur, en particulier il est en contact avec une éventuelle couche de glace ou d'un liquide et proche de la structure. En outre la face destinée à venir s'adhérer sur la surface de la structure comporte un film souple sur lequel est intégré le réseau de capteurs capacitifs, l'ensemble forme ainsi également un revêtement souple. Pour éliminer la couche de glace, ledit revêtement est de préférence fixé sur une partie de ladite surface externe de la structure 6 en épousant la forme de la structure.
Pour éliminer la présence du liquide, ledit revêtement est inséré à l'intérieur de la structure, fixé sur une surface interne de la structure ou incorporé directement dans le matériau de la structure, par exemple lors de la phase de fabrication de la structure.
Dans les deux modes de réalisation, le support souple inférieur ou le film souple est rendu solidaire à la surface de la structure au moyen d'un matériau adhésif. Comme le montrent la figure 1.A et la figure 1.B, le réseau de capteurs capacitifs constitue les moyens de détection de la présence d'une couche de glace ou du liquide.
En effet lorsque la glace ou le liquide pénètre dans le matériau isolant, leur présence induit une variation de la constante diélectrique ε du matériau dans lequel sont noyés les éléments conducteurs, cette variation diélectrique entraîne une variation de la capacité aux bornes des condensateurs formés par les éléments conducteurs. En comparant la moyenne des valeurs capacitives mesurées et la moyenne des valeurs capacitives de référence correspondant à des valeurs en absence de la couche de glace ou du liquide, la différence permet d'indiquer de manière quantitative la présence de la couche de glace ou du liquide. Une valeur seuil représentative de la présence effective d'une couche de glace ou de liquide est fixée.
Avantageusement, les dimensions et l'agencement des éléments conducteurs sont déterminés pour être aptes à détecter une variation de capacité induite par une variation de la constante diélectrique du matériau isolant. Chaque élément conducteur est espacé des éléments conducteurs adjacents d'une distance suffisante pour assurer une isolation électrique adaptée.
Les moyens de dégivrage sont également constitués par les éléments conducteurs noyés dans le matériau isolant qui sont des éléments résistifs chauffants pouvant dissiper de la puissance électrique par effet Joule lorsque le dispositif fonctionne en mode de d'élimination.
Les éléments conducteurs sont réalisés dans un matériau résistif métallique, par exemple un alliage d'argent ou de cuivre. Le réseau d'éléments conducteurs est obtenu par lithographie optique à travers un masque, puis couplée par une étape de métallisation par plasma ou tout autre moyen de dépôt. La dimension des éléments conducteurs est de l'ordre de dizaine de microns.
Le matériau isolant dans lequel sont noyés les éléments conducteurs est réalisé de préférence dans un matériau de la famille des matériaux présentant un coefficient de permittivité élevé.
Pour commander et activer le dispositif, il comprend en outre une électronique d'interface. De préférence cette électronique d'interface est également intégrée à la périphérie de chaque réseau de capteurs capacitifs. Cette interface comprend un circuit de commande 8 reliant les éléments conducteurs à un boîtier d'alimentation électrique et un microprocesseur 9 qui relie le réseau d'éléments conducteurs au boîtier 11. Chaque ligne ou chaque colonne d'éléments conducteurs est pilotée séparément par le circuit de commande de sorte qu'en cas de panne d'une ligne ou d'une colonne d'éléments conducteurs le réseau continue à fonctionner. La figure 2 illustre schématiquement un exemple de circuit de commande d'un ensemble de trois réseaux de capteurs capacitifs couvrant par exemple une zone de la surface d'une structure. Le boîtier d'alimentation électrique est relié aux trois réseaux 101 , 102, 103 respectivement via des fils d'entrée et de sortie de courants 201a, 201 b, 202a, 202b, 203a, 203b, le boîtier lui-même étant relié à une source de tension continue ou une source de tension alternative. Le câblage de chaque réseau au boîtier est indépendant du câblage des réseaux adjacents de manière à minimiser les risques de panne du dispositif.
Avantageusement, on peut diviser la surface de la structure à dégivrer en une succession de secteurs à dégivrer, on dispose en réseau le dispositif sur la surface de la structure de manière à réaliser un tapis couvrant la surface concernée pour assurer l'élimination de glace ou du liquide pour chaque secteur. La densité du réseau dépend d'une part de la taille de la surface à couvrir et d'autre part du degré de risque de la zone concernée. Avantageusement cette configuration en réseaux permet de continuer d'assurer la fonction d'élimination et de dégivrage en cas de panne de l'un des dispositifs.
La figure 2 représente à titre illustratif un dispositif constitué de trois réseaux de capteurs disposés de manière à être contigus, ils peuvent être également disposés séparément à des intervalles réguliers ou aléatoires. L'ensemble forme un revêtement souple qui vient se fixer sur une zone de la surface critique. Lorsque la surface est étendue, plusieurs dispositifs sont alors disposés en réseau ou à des intervalles aléatoires dans une configuration optimale pour éliminer la couche de glace ou le liquide.
Le boîtier d'alimentation électrique 11 est relié à un tableau de bord 14 situé dans la cabine de pilotage via un boîtier de communication 10 pour l'affichage des paramètres de fonctionnement et pour la commande du dispositif.
Dans le cadre d'un dispositif de protection contre le givre ou le liquide en temps réel, le microprocesseur comporte une mémoire contenant un tableau de valeurs de capacité de référence par couple d'éléments conducteurs et des moyens d'analyse différentielle des valeurs de capacités mesurées par les capteurs capacitifs par rapport aux valeurs de capacité du tableau de référence. Le tableau de valeurs de capacité de référence est prédéterminé par modélisation ou expérimentalement.
Les moyens d'analyse différentielle comportent des moyens de génération d'un signal d'état S caractéristique du fait qu'une valeur moyenne différentielle résultant de la différence entre les valeurs de capacité de référence et les valeurs de capacité mesurées par les capteurs dépasse une valeur seuil représentative de la présence d'une couche de givre à la surface de la structure ou du liquide dans la structure. Le signal d'état S est transmis par le microprocesseur vers le boîtier d'alimentation afin de déclencher l'envoi d'un courant à travers les éléments conducteurs.
L'envoi du courant dans un ensemble de réseaux de capteurs capacitifs peut être un envoi séquentiel de manière à réaliser un chauffage séquentiel. Sur la figure 2, les trois réseaux 101 , 102 et 103 sont chauffés l'un après l'autre. Cet envoi peut être également un envoi simultané dans les trois réseaux.
La puissance nécessaire à dissiper pour obtenir un dégivrage satisfaisant ou une évaporation du liquide est faible. En effet, en fonction de la valeur seuil, le dispositif de détection permet de prévenir relativement tôt la formation de glace ou du liquide, en outre, lors de la phase du dégivrage, la couche de glace est en contact direct avec le réseau d'éléments conducteurs. Le passage du courant dans les éléments conducteurs provoque la fonte de la glace en contact direct avec la surface du dispositif qui induit un décollement de la couche de glace.
Aussi l'élévation de température nécessaire pour une fonte superficielle utilise une puissance relativement faible. Généralement le courant à envoyer dans les éléments conducteurs pour obtenir un dégivrage suffisant est compris entre 5 mA et 10 mA.
Avantageusement le dispositif de l'invention est associé à des moyens de mesure du taux d'humidité et de température de la peau de la structure de l'avion pendant le vol de l'avion. Ces moyens permettent de déclencher automatiquement le dispositif en mode de détection de glace en fonction des conditions de formation de glace.
Toutefois le dispositif de détection et d'élimination de glace ou du liquide peut être déclenché par le pilote manuellement dans le but d'un traitement préventif. Dans ce cas le dispositif est directement activé dans un mode de fonctionnement d'élimination, les éléments conducteurs sont alors alimentés en courant de manière continue.
Le dispositif de la présente invention associant une interface électronique aux réseaux de capteurs capacitifs permet d'activer la fonction d'élimination du dispositif uniquement en présence d'une couche de glace ou de liquide avec un temps de réponse optimal, permettant d'optimiser la consommation électrique du dispositif.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Dispositif de détection et d'élimination d'une couche de glace formée sur la surface externe d'une structure aéronautique (6) ou d'un liquide infiltré dans la structure et/ou dans le matériau constituant la structure, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un paire de sous-réseaux d'éléments conducteurs (2a, 2b), chaque sous-réseau comportant au moins une série d'éléments conducteurs (3), lesdits sous-réseaux étant disposés de manière à ce que l'emboîtement entre les éléments conducteurs (3) du premier sous-réseau et les éléments conducteurs (3) du deuxième sous-réseau forme un réseau de capteurs capacitifs (1 ), lesdits éléments conducteurs étant noyés dans un matériau isolant (4), chaque sous- réseau d'éléments conducteurs étant intégré dans un support souple (5, 5a, 5b), l'ensemble formant un revêtement souple (1 ).
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits supports souples (5) sont disposés perpendiculairement à la surface de la structure (6) de sorte que le matériau isolant (4) soit en contact direct avec la couche de glace et proche de la surface d'une structure.
3. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits supports souples (5a, 5b) sont disposés dans un plan parallèle au plan de la surface de la structure (6), le support (5a) constituant la face externe (7) dudit revêtement étant partiellement poreux de manière à laisser pénétrer la glace ou le liquide dans le matériau isolant (4).
4. Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit revêtement est fixé sur une partie de ladite surface de la structure (6) en épousant la forme de la structure.
5. Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit revêtement est inséré à l'intérieur de la structure, fixé sur une surface interne de la structure ou incorporé dans le matériau constituant la structure.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de la structure étant divisée en une succession de secteurs de dégivrage, ledit dispositif comporte un ensemble de réseau de capteurs capacitifs assurant l'élimination de la glace ou du liquide pour chaque secteur.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dimensions et l'agencement des éléments conducteurs (3) sont déterminés pour être aptes à détecter une variation de capacité induite par la présence de la glace ou du liquide pénétré dans le matériau isolant.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend en outre une électronique d'interface implantée à la périphérie d'au moins un réseau de capteurs capacitifs pour piloter lesdits éléments conducteurs, ladite électronique comprenant au moins un circuit de commande (8) pour assurer l'alimentation électrique desdits éléments conducteurs, et un microprocesseur (9).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le microprocesseur (9) comporte une mémoire contenant un tableau de valeurs de capacité de référence par couple d'éléments conducteurs, et des moyens d'analyse différentielle des valeurs de capacité mesurées par rapport aux valeurs de capacité du tableau de référence.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit tableau de valeurs de capacité de référence est prédéterminé par modélisation ou expérimentalement.
11. Dispositif selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les moyens d'analyse différentielle comportent des moyens de génération d'un signal d'état S caractéristique du fait qu'une valeur moyenne différentielle résultant de la différence entre les valeurs de capacité de référence et les valeurs de capacité mesurées aux bornes des capteurs capacitifs dépasse une valeur seuil représentative de la présence d'une couche de glace à la surface de ladite structure ou d'un liquide dans la structure et/ou dans le matériau de la structure, ledit signal d'état S étant transmis par ledit microprocesseur (9) vers ledit circuit de commande (8) afin de déclencher l'envoi d'un courant à travers lesdits éléments conducteurs.
12. Dispositif selon la revendication 11 , caractérisé en ce que le courant envoyé dans lesdits éléments conducteurs est compris entre 5 mA et 10 mA.
13 Aéronef comprenant un dispositif de détection et d'élimination de la présence d'une couche de glace ou d'un liquide selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif est relié à un tableau de bord (14) situé dans la cabine de pilotage via un boîtier de communication (10) pour l'affichage des paramètres de fonctionnement et pour la commande dudit dispositif.
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