EP4500190A1 - Equipement de mesure comprenant un dispositif de réchauffage - Google Patents

Equipement de mesure comprenant un dispositif de réchauffage

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Publication number
EP4500190A1
EP4500190A1 EP23715518.9A EP23715518A EP4500190A1 EP 4500190 A1 EP4500190 A1 EP 4500190A1 EP 23715518 A EP23715518 A EP 23715518A EP 4500190 A1 EP4500190 A1 EP 4500190A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
measuring equipment
winding
bridge
turns
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23715518.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gaétan HUGUET
Frédéric Martin
Mickaël RAHON
Virgile CHAUSSON
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.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP4500190A1 publication Critical patent/EP4500190A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/14—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid
    • G01P5/16—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid using Pitot tubes, e.g. Machmeter
    • G01P5/165—Arrangements or constructions of Pitot tubes
    • 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
    • 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

Definitions

  • TITLE Measuring equipment including a heating device
  • the present invention relates to measuring equipment comprising a heating device, said measuring equipment being intended to be placed outside and at skin level of a vehicle capable of moving in a hostile climatic environment associated with conditions icing climates, said equipment corresponding to a body formed of a mat carrying a closed tube at one of its ends, the heating device being intended to be housed within said tube and comprising at least one heating wire wound in the body of said tube
  • the invention also relates to an aircraft comprising such measuring equipment.
  • the invention relates to the field of heating measuring equipment intended to be placed on the skin of a vehicle capable of moving in a hostile climatic environment associated with icy climatic conditions, and in particular icy climatic conditions. supercooled water or freezing weather conditions crystals.
  • Such equipment corresponds for example to civil or military aeronautical measuring equipment comprising flush parts or appendages emerging from the skin of the aircraft (i.e. located outside the aircraft).
  • such equipment is ground measuring equipment for military, scientific or even meteorological fields, in particular for measurements in a context of extreme polar cold.
  • the incidence probes may include mobile appendages intended to orient themselves in the axis of the air flow surrounding the probe. The orientation of the probe makes it possible to determine the incidence of the air flow.
  • Other angle of attack probes can be equipped with fixed appendages equipped with several pressure ports. The pressure difference measured between these pressure taps also makes it possible to determine the incidence of the air flow surrounding the probe.
  • the aircraft When flying at high altitude, the aircraft may encounter icing conditions.
  • frost can form on the skin and on the appendages of the aircraft.
  • the appearance of frost is particularly problematic for aerodynamic probes whose profiles can be modified by frost and whose pressure ports can be obstructed.
  • the presence of frost is likely to distort the total pressure measurement of the probe and possibly render it inoperative in certain climatic conditions.
  • reheating is in most cases carried out by means of one or more heating wires wound and embedded in the appendages, the reheating being done by the Joule effect. For example, to heat a total pressure probe, it is necessary to dissipate several hundred watts.
  • this type of probe is made up of a mast carrying a closed tube at one of its ends and called a Pitot tube, or this type of probe is a Pitot-static probe.
  • Heating of the probe is carried out by means of one or more heating wires, forming a heating resistance, wound (i.e. shaped in the form of a coil) in the body of the probe, i.e. say both in the mast and in the Pitot tube 10, the Pitot tube being illustrated in Figure 1.
  • a Pitot tube 10 has at an open end 12 allowing in particular the measurement of the total atmospheric pressure.
  • such a tube optionally has an internal tube 14, located inside the total tube 16. Between these two tubes 14 and 16, a space 18 is intended for the insertion of the wire heating.
  • an electrical conductor comprising an alloy of iron and nickel coated with an electrical but not thermal mineral insulator such as alumina or magnesia is commonly used.
  • the insulator is itself coated with a sheath of nickel, nickel chromium, or inconel allowing the brazing of the wire to the body of the probe.
  • a heating wire corresponds to a metal sheathed coaxial, or as an alternative to a shielded spiral wire.
  • the shaping of the heating wire also hereinafter referred to as "winding", within the Pitot tube 10, with or without internal tube 12, is complex and aims to enable a high density of heat to be provided regularly. distributed along the wall of the tube 10 of very small size, compared to the possibilities of forming the wire), and above all as close as possible to its open end 12 the most critical for anti-icing and de-icing, particularly in supercooled water.
  • this heating element generally of the metal-sheathed coaxial heating wire type, in the tube 10 of the Pitot or Pitot static pressure probe impacts the defrosting capabilities, in particular of defrosting with supercooled water.
  • Figure 2 illustrates a pinned winding based on the use of a pin 20 positioned along the radial axis of the internal tube 14 of Figure 1, the internal tube 14 being not shown in Figure 2 for simplification purposes.
  • the heating wire is first bent at mid-length to make a loop 22, the loop 22 then being attached to the pin 20.
  • the “double wire” corresponding to the two branches of the loop 22 is simply wound, in a single thickness, over a predetermined length with a predetermined pitch on the internal tube 14 of Figure 1 and a winding template, the winding (i.e. winding) being carried out in a forward direction facing the open end 12 of the Pitot tube towards the rear of the probe.
  • the pinned winding is not optimal mainly due to the loop 22 which surrounds the pin 20, the diameter of this loop 22 forcing the second double-wire turn 24 of the heating wire coil to be moved back.
  • This offset generates empty spaces 26 between the turns of the heating wires, due to the initial forming loop 22, the surface of these empty spaces 26 being too large in proportion to the surface heated directly.
  • the density of heating wire is therefore lower than on the rest of the winding while it is precisely at the open end 12 of the probe that the most power must be provided.
  • This technological limitation is today compensated for by ensuring that the complete winding has enough power to transfer it forward by thermal conduction, but the disadvantage is overheating of the nose of the Pitot tube on the ground or in conditions non-icing.
  • such voids 26 are potentially conducive to corrosion because they are capable of filling with pollution from the environment of the vehicle on which the measuring equipment comprising said tube 10 is placed.
  • Figure 3 represents another solution from the state of the art corresponding to round-trip winding as disclosed in patent EP 3 173 797 B1.
  • Such a round-trip winding consists of winding the heating wire in single (and not in double-wire as for the pinned winding previously described in relation to the figure 2) on a template, then the internal tube 14 (not shown in Figure 3 for simplification purposes) in a first direction “going” from the rear to the front 12 of the probe.
  • the winding is continued in the same direction of rotation but winding over the initial winding (ie coaxially) in a second "return” direction from the front 12 towards the rear of the probe, opposite in direction (ie opposite direction) to the first “go” direction from the rear to the front 12 of the probe.
  • such a “round trip” winding in Figure 3 proposes to reduce the empty spaces 26 of the pinned winding, by a “double winding” corresponding to a coaxial superposition of the wound wire, but thus creating an “overdensity” of heat which can be detrimental to the lifespan of the heating wire, and what is more, by not allowing the power necessary for defrosting to be optimized, by the creation of zones without direct heat exchange with the zones to be heated.
  • Another solution from the state of the art consists of using part of a non-self-regulated bi-material heating wire on the first turns of the winding at the nose of the Pitot tube, to avoid losing heat. local heating capacity when conditions at the nose are severe, the resistance of the wire decreasing with temperature in more classic structures.
  • the use of a bi-material heating wire is expensive and presents risks in terms of reliability, in particular due to a potential breakage of the wire at the junction of the two materials constituting it.
  • the aim of the present invention is therefore to overcome the drawbacks of the aforementioned state of the art, by proposing a new solution for shaping a heating wire (ie a new type of winding) in order to integrate an optimal length of wire in the little space offered by the tube 10, and this by seeking to position the greatest density of heating wire towards the front of the measuring equipment , that is to say near the open end 12 of the tube, to guarantee maximum heat is provided to the nose of the measuring equipment, the nose being the part most exposed to hostile external climatic conditions, such as supercooled water icing weather conditions or crystal icing weather conditions.
  • a heating wire ie a new type of winding
  • the invention relates to measuring equipment comprising a heating device, said measuring equipment being intended to be placed outside and at the level of the skin of a vehicle capable of moving in an environment hostile climate associated with freezing climatic conditions, said equipment corresponding to a body formed of a mat carrying a closed tube at one of its ends, the heating device being intended to be housed within said tube and comprising at least one heating wire wound in the body of said tube, the winding of said heating wire is a round-trip bridged winding defined by the presence of a bridge, the bridge corresponding to a portion of heating wire overlapping, along the axis of said tube, a predetermined number of turns of the end of said coil located near the open end of said tube, said overlapped turns being regularly spaced according to a predetermined pitch associated with the overlapping zone.
  • Such a “bridged winding” proposed according to the present invention makes it possible to increase the heating density at the front open end of the tube, which is the critical zone for anti-icing or defrosting of the probe in icing supercooled water conditions. , but also on a smaller scale in crystal icing conditions.
  • the principle of the present invention therefore consists of removing the pin and the initial forming loop of the pinned winding in order to be able to arrange the winding turns regularly spaced, while carrying out the return path of the wire parallel to the axis of revolution of the winding and in a heat exchange zone with the zones to be heated in order to limit superpositions and therefore heat losses.
  • the bridge of the bridged winding according to the present invention makes it possible to obtain a "round-trip" winding almost in single thickness and not in double thickness according to the aforementioned state of the art relating to round-trip winding as disclosed within of patent EP 3 173 797 B1.
  • the only zone of double thickness according to the present invention is limited to the overlap zone and has a surface limited to the contact surface between the wire of the bridge and the turns that the bridge overlaps (ie spans), so that there Heat generation associated with this reduced contact surface is negligible in terms of thermal loss.
  • measuring equipment comprises one or more of the following characteristics, taken individually or in all technically possible combinations:
  • said bridge is external by being located on the turns overlapped in a radial direction going from the inside to the outside of said tube;
  • said bridge is internal by being located under the overlapped turns, in a radial direction going from the inside to the outside of said tube;
  • each turn forming the winding is wound in the same direction with a winding diameter substantially equal from one turn to the other;
  • said predetermined number of turns and/or the spacing pitch of said turns is predetermined as a function of the heat density necessary to defrost the open end of said tube, and according to a predetermined mission of the vehicle;
  • said equipment has within said tube a groove configured to accommodate said bridge;
  • said measuring equipment is a Pitot probe or a Pitot-static probe, said tube corresponding to a Pitot tube, said groove being provided at the level of the Total tube of said Pitot tube to accommodate an external bridge according to said first setup;
  • said measuring equipment is a Pitot probe or a Pitot-static probe, said tube corresponding to a Pitot tube, said Pitot tube further comprising an internal tube, said groove being provided at the level of said internal tube of said tube Pitot to accommodate an internal bridge according to said second configuration.
  • the invention also relates to an aircraft comprising measuring equipment comprising a heating device as described above.
  • FIG 1 Figure 1 is a schematic sectional view of measuring equipment according to the present invention corresponding to a Pitot type pressure probe;
  • FIG 2 [Fig 3] Figures 2 and 3 illustrate the solutions of the state of the art described previously for heating the measuring equipment of Figure 1, and not redescribed below;
  • FIG 4 is a schematic view of two embodiments of a bridged winding proposed according to the present invention.
  • the expression “substantially equal to” defines a relationship of equality of plus or minus 10%, preferably of plus or minus 5%.
  • turn is meant each of the turns of the heating wire from which the winding according to the present invention is formed.
  • Figure 4 is a schematic view of two embodiments 32 and 34 of a bridged winding of a device for heating measuring equipment, proposed according to the present invention, and intended to be arranged outside and inside. skin level of a vehicle capable of moving in a hostile climatic environment associated with icy climatic conditions, said equipment corresponding to a body formed of a mat carrying a tube 10, as illustrated in Figure 1 previously described , said tube 10 being closed at one of its ends.
  • the heating device is intended to be housed within said tube 10 and comprises at least one heating wire wound in the body of said tube 10.
  • the winding of said heating wire is a round-trip bridged winding defined by the presence of a bridge P, the bridge P corresponding to a portion of heating wire overlapping, along the axis 36 of said tube, a predetermined number of turns of the end of said winding located near the open end 12 of said tube 10, said overlapped turns being regularly spaced according to a predetermined pitch associated with the overlapping zone .
  • each end of the bridge is used to form a turn.
  • the predetermined number of worst overlaps is strictly less than the total number of turns minus one.
  • each turn forming the winding is wound in the same direction (ie preferably from the front 12 towards the rear or alternatively from the rear towards the front 12) with a winding diameter D substantially equal to one turn to the other.
  • the predetermined number of turns and/or the spacing pitch of said turns for example four turns for the first configuration 32, and seven turns for the second configuration 34, is predetermined as a function of the heat density necessary for defrosting.
  • said overlapped turns are contiguous on the first centimeter of winding near the open end 12, and in the number of ten contiguous turns.
  • the predetermined number of turns and/or the spacing pitch of said turns is in particular obtained by means of thermal calculations as a function of the heating density (i.e. heat) necessary near the open end 12 and for the measurement mission considered. , to protect any measurement from being distorted by icing.
  • the heating density i.e. heat
  • the spacing pitch is such that said turns overlapped by said bridge are contiguous, which makes it possible to maximize the heating density near the open end 12 of the tube 10, the most critical zone to defrost in particular to prevent frost from distorting the measurement carried out using said measuring equipment.
  • said overlapped turns are contiguous on the first centimeter of winding near the open end 12.
  • said bridge P is external by being located on the turns, contiguous in the example of Figure 4, in a radial direction going from the inside to the outside of said tube 10 (i.e. the term "external » meaning in said radial direction going from the inside to the outside of said tube 10).
  • the associated shaping method comprises a first step of forming the contiguous part of the heating wire turns, then a second step of forming the point P external above said contiguous turns, then a third step of shaping the non-contiguous part of the heating wire.
  • the measuring equipment when, as illustrated by Figure 1, is a Pitot probe or a Pitot-static probe, such equipment has within the tube 10 a groove configured to accommodate said bridge P.
  • the groove suitable for housing the external bridge of the first configuration 32 is not shown although it would be provided in the tube of the Total 16 of Figure 1 to accommodate the external bridge P according to said first configuration 32.
  • said bridge P is internal by being located under the turns, contiguous in the example of Figure 4, in a radial direction going from the inside to the outside of said tube 10 (ie the term "internal » meaning in said radial direction going from the inside to the outside of said tube 10).
  • the measuring equipment is a Pitot probe or a Pitot-static probe
  • said tube 10 corresponding to a Pitot tube
  • said Pitot tube comprising furthermore an internal tube 14 as illustrated in Figures 1 and 4
  • such equipment has within the tube 10, and at the level of said internal tube 14, a groove 38 configured to accommodate said bridge P.
  • the associated shaping method comprises a first step of preforming the internal bridge P, a second step of inserting said internal bridge P into said dedicated groove 38 of the internal tube 14 , then a third step of forming the contiguous part of the turns of the heating wire, as illustrated according to the example of Figure 4, then a fourth step of forming the non-contiguous part of the turns of the heating wire.
  • the bridged winding comprises, according to the embodiment illustrated in Figure 4, both a non-joining part and a joining part overlapped by said bridge.
  • these assemblies are held in position by strong soldering, all of the cavities and intersections of the part being filled with solder.
  • such heating assemblies with bridged windings benefit in particular from the evolution of the parts around the winding. Indeed, in the latest probe designs, such parts, namely the internal tubes 14 and Total tubes 16 tend to be increasingly thick, and the present invention takes advantage of this extra thickness of material to accommodate other functions, such as the bridged winding proposed here, the housing grooves optionally proposed in addition to accommodate the winding bridge P being suitable for being integrated (i.e. housing) within such an extra thickness of the internal tube 14 for configuration 34 of bridged winding with internal bridge, and the Totale 16 tube for configuration 32 of bridged winding with external bridge.
  • This bridge allows, independently of configuration 32 or 34, to obtain a “return” winding almost in “single thickness” of heating wire.
  • the very thin “double thickness” surface is certainly capable of generating thermal loss, but negligible, especially considering the fact that embedding the bridge P in a groove 38 of the internal tube 14 or the Total 16 (ie external tube 16) allows you to recover the calories of this portion of the heating wire bridge for heating the areas to be defrosted.
  • winding at the end may have a contiguous turn or not, depending on the heat density required in this area.
  • the present invention through the proposed bridged winding, and illustrated in Figure 4, makes it possible to retain all the advantages of the “round trip” winding of the state of the art previously illustrated in Figure 3, while avoiding the The bulk and loss of efficiency associated with the implementation of a double thickness over the entire “round trip” of the winding.
  • the present invention makes it possible to get rid of the double thickness which takes up more space and which causes heat dissipation difficulties.
  • the bridged winding proposed according to the present invention makes it possible to bring the greatest possible density of heating wire to the front of the measuring equipment, without the empty spaces associated according to the state of the art with a pinned winding.
  • the present invention makes it possible in particular to significantly improve the defrosting performance of Pitot or Pitot-static probes in supercooled water, particularly in the most critical zone: the front end of such Pitot or Pitot-static probes, without however impacting the duration of life of the wire due to overheating in less severe conditions, particularly on the ground or in the event of high altitude dry air flight.

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Abstract

L'invention concerne un équipement de mesure, comprenant un dispositif de réchauffage, et destiné à être disposé à l'extérieur, au niveau de la peau d'un véhicule propre à se déplacer dans un environnement climatique hostile aux conditions climatiques givrantes, ledit équipement correspondant à un corps formé d'un mat portant un tube fermé à l'une de ses extrémités, le dispositif de réchauffage étant destiné à être logé au sein dudit tube et comprenant au moins un fil chauffant bobiné dans le corps dudit tube, selon un bobinage ponté défini par la présence d'un pont (P), le pont correspondant à une portion de fil chauffant chevauchant, selon l'axe dudit tube, un nombre prédéterminé de spires de l'extrémité dudit bobinage localisée à proximité de l'extrémité ouverte (12) dudit tube, lesdites spires chevauchées étant régulièrement espacées selon un pas prédéterminé associé à la zone de chevauchement.

Description

TITRE : Equipement de mesure comprenant un dispositif de réchauffage
La présente invention concerne un équipement de mesure comprenant un dispositif de réchauffage, ledit équipement de mesure étant destiné à être disposé à l’extérieur et au niveau de la peau d’un véhicule propre à se déplacer dans un environnement climatique hostile associé à des conditions climatiques givrantes, ledit équipement correspondant à un corps formé d’un mat portant un tube fermé à l’une de ses extrémités, le dispositif de réchauffage étant destiné à être logé au sein dudit tube et comprenant au moins un fil chauffant bobiné dans le corps dudit tube
L’invention concerne également un aéronef comprenant un tel équipement de mesure.
L’invention concerne le domaine du réchauffage d’un équipement de mesure destiné à être disposé au niveau de la peau d’un véhicule propre à se déplacer dans un environnement climatique hostile associé à des conditions climatiques givrantes, et en particulier des conditions climatiques givrantes eau surfondue ou des conditions climatiques givrantes cristaux.
Un tel équipement correspond par exemple à un équipement aéronautique civile ou militaire de mesure comprenant des parties affleurantes ou des appendices sortant de la peau de l’aéronef (i.e. localisées à l’extérieur de l’avion). Selon un autre exemple, un tel équipement est un équipement de mesure au sol pour des domaines militaires, scientifiques ou encore météorologiques, notamment pour des mesures dans un contexte de grand froid polaire.
Ces appendices ou ces parties affleurantes appartiennent par exemple à des sondes permettant notamment de mesurer différents paramètres aérodynamiques du flux d’air entourant l’aéronef, comme notamment la pression totale, la pression statique, la température, ou l’incidence du flux d’air au voisinage de la peau de l’aéronef. La pression totale permet, associée à la pression statique, de déterminer la vitesse locale du flux d’air au voisinage de la sonde, et à termes la vitesse-air de l’aéronef portant ladite sonde, ainsi que l’altitude.
D’autres sondes permettent par exemple de mesurer l’incidence locale d’un flux d’air. Les sondes d’incidences peuvent comprendre des appendices mobiles destinés à s’orienter dans l’axe du flux d’air entourant la sonde. L’orientation de la sonde permet de déterminer l’incidence du flux d’air. D’autres sondes d’incidences peuvent être équipées d’appendices fixes équipés de plusieurs prises de pression. La différence de pression mesurée entre ces prises de pression permet aussi de déterminer l’incidence du flux d’air entourant la sonde.
Lors de vol en haute altitude, l’aéronef peut rencontrer des conditions givrantes.
Plus précisément du givre peut se former sur la peau et sur les appendices de l’aéronef. L’apparition de givre est particulièrement problématique pour les sondes aérodynamiques dont les profils peuvent être modifiés par du givre et dont les orifices de prises de pression peuvent être obstrués. Autrement dit, la présence de givre est propre à fausser la mesure de pression totale de la sonde et éventuellement la rendre inopérante dans certaines conditions climatiques.
Une solution permettant d’éviter la formation de givre consiste à réchauffer les appendices. Actuellement le réchauffage est dans la plupart des cas réalisé au moyen d’un ou plusieurs fils chauffants bobinés et noyés dans les appendices, le réchauffage se faisant par effet joule. Par exemple pour réchauffer une sonde de pression totale, il est nécessaire de dissiper plusieurs centaines de watts.
Plus précisément, ce type de sonde est formé d’un mat portant un tube fermé à l’une de ses extrémités et appelé tube de Pitot, ou encore ce type de sonde est une sonde Pitot- statique.
Le réchauffage de la sonde est réalisé au moyen d’un ou plusieurs fils chauffants, formant une résistance chauffante, enroulé(s) (i.e. mis en forme sous la forme de bobine) dans le corps de la sonde, c'est-à-dire à la fois dans le mât et dans le tube de Pitot 10, le tube de Pitot étant illustré par la figure 1. Un tel tube de Pitot 10 présente à une extrémité ouverte 12 permettant notamment la mesure de la pression totale atmosphérique. De plus, selon un mode de réalisation, un tel tube présente optionnellement un tube interne 14, localisé à l’intérieur du tube de T otale 16. Entre ces deux tubes 14 et 16, un espace 18 est destiné à l’insertion du fil chauffant.
Pour réaliser le fil chauffant, on utilise couramment un conducteur électrique (i.e. âme) comportant un alliage de fer et de nickel enrobé d'un isolant minéral électrique mais pas thermique tel que de l'alumine ou de la magnésie. L'isolant est lui-même enrobé d'une gaine de nickel, de nickel chrome, ou d'inconel permettant le brasage du fil sur le corps de la sonde. Autrement dit, un tel fil chauffant correspond à un coaxial gainé métallique, ou à titre d’alternative à un fil spiralé blindé. La mise en forme du fil chauffant, également désignée par la suite par le terme « bobinage », au sein du tube de Pitot 10, avec ou sans tube interne 12, est complexe et vise à permettre d’apporter une importante densité de chaleur régulièrement répartie le long de la paroi du tube 10 de très petite dimension, comparée aux possibilités de formage du fil), et surtout le plus près possible de son extrémité ouverte 12 la plus critique pour l’antigivrage et le dégivrage, notamment en eau surfondue.
Autrement dit, la manière de mettre en forme (i.e. « bobiner ») cet élément chauffant, généralement du type fil chauffant coaxial gainé métallique, dans le tube 10 de la sonde de pression type Pitot ou Pitot statique impacte les capacités de dégivrage, notamment de dégivrage en eau surfondue.
Les solutions de mise en forme actuelles de fil chauffant sont illustrées par les figures 2 et 3, respectivement représentatives d’une part d’un bobinage goupillé de l’état de la technique, et d’autre part d’un bobinage en aller-retour tel que divulgué au sein du brevet EP 3 173 797 B1 .
La figure 2 illustre un bobinage goupillé basé sur l’utilisation d’une goupille 20 positionnée selon l’axe radial du tube interne 14 de la figure 1 , le tube interne 14 étant non représenté sur la figure 2 à des fins de simplification. Pour former un bobinage goupillé, le fil chauffant est tout d’abord plié à mi-longueur pour réaliser une boucle 22, la boucle 22 étant ensuite accrochée à la goupille 20. Puis, le « double fil » correspondant aux deux branches de la boucle 22 est simplement enroulé, selon une seule épaisseur, sur une longueur prédéterminée avec un pas prédéterminé sur le tube interne 14 de la figure 1 et un gabarit de bobinage, le bobinage (i.e. l’enroulement) étant effectué selon un sens de l’avant en regard de l’extrémité ouverte 12 du tube de Pitot vers l’arrière de la sonde.
Toutefois, le bobinage goupillé n’est pas optimal principalement du fait de la boucle 22 qui entoure la goupille 20, le diamètre de cette boucle 22 obligeant à reculer la seconde spire 24 de double-fil de la bobine de fil chauffant. Ce décalage génère des espaces vides 26 entre les spires des fils chauffants, du fait de la boucle 22 initiale de formage, la surface de ces espaces vides 26 étant trop importante en proportion de la surface réchauffée directement. La densité de fil chauffant est donc plus faible que sur le reste du bobinage alors que c’est précisément à l’extrémité ouverte 12 de la sonde qu’il faut apporter le plus de puissance. Cette limite technologique est aujourd’hui compensée en s’assurant que le bobinage complet dispose de suffisamment de puissance pour la transférer vers l’avant par conduction thermique, mais l’inconvénient est une surchauffe du nez du tube de Pitot au sol ou en conditions non givrantes. Par ailleurs, de tels vides 26 sont potentiellement propices à la corrosion car propres à se remplir de pollution issue de l’environnement du véhicule sur lequel est disposé l’équipement de mesure comprenant ledit tube 10.
A titre d’alternative, la figure 3 représente une autre solution de l’état de la technique correspondant à bobinage en aller-retour tel que divulgué au sein du brevet EP 3 173 797 B1 . Un tel bobinage en aller-retour consiste à enrouler le fil chauffant en simple (et non en double-fil comme pour le bobinage goupillé précédemment décrit en relation avec la figure 2) sur un gabarit, puis le tube interne 14 (non représenté sur la figure 3 à des fins de simplification) selon un premier sens « aller » de l’arrière vers l’avant 12 de la sonde. Puis, une fois arrivé à l’extrémité ouverte 12, le bobinage est continué dans le même sens de rotation mais en s’enroulant par-dessus le bobinage initial (i.e. de manière coaxiale) selon un deuxième sens « retour » de l’avant 12 vers l’arrière de la sonde, opposé en direction (i.e. sens inverse) au premier sens « aller » de l’arrière vers l’avant 12 de la sonde.
Autrement dit, un tel bobinage en « aller-retour » entraine obligatoirement une superposition de deux couches 28 et 30 (épaisseurs) de bobinage, tel qu’illustré en coupe sous la ligne brisée de la figure 3, ce qui diminue l’efficacité du fil chauffant pour transmettre la chaleur par conduction. En effet, entre les deux épaisseurs de fil, une zone centrale d’accumulation de chaleur se forme, car le fil n’est pas en contact direct avec les zones d’échanges thermiques, si bien qu’un tel bobinage est propre à désavantageusement entrainer, dans des conditions prédéterminées, une élévation de température supérieure ou très proche du point de fusion de la brasure qui maintient assemblé le fil sur le corps de la sonde, et en conséquence potentiellement une diminution de la durée de vie de la sonde.
Dans la partie du double bobinage non jointive (i.e. selon deux couches superposées), les deux épaisseurs 28 et 30 ne se superposent pas sur toute la surface. Pour autant, il est difficile d’assurer que le bobinage intérieur 30, plus petit en diamètre, est bien plaqué aux parois et dissipe bien la chaleur. Ainsi, cette solution bien qu’efficace localement à l’extrémité ouverte 12 du tube 10 n’est pas très efficace en terme de rendement global et entraine également un risque accru de surchauffe au sol.
En résumé, un tel bobinage en « aller-retour » de la figure 3 propose de réduire les espaces vides 26 du bobinage goupillé, par un « double bobinage » correspondant à une superposition coaxiale du fil bobiné, mais en créant ainsi une « surdensité » de chaleur pouvant être préjudiciable pour la durée de vie du fil chauffant, et qui plus est, en ne permettant pas d’optimiser la puissance nécessaire au dégivrage, par la création de zones sans échange thermique direct avec les zones à réchauffer.
Une autre solution de l’état de la technique, non représentée, consiste à utiliser une partie d’un fil chauffant bi-matériaux non autorégulé sur les premières spires du bobinage au niveau du nez du tube de Pitot, pour éviter de perdre de la capacité de réchauffage locale lorsque les conditions au nez sont sévères, la résistance du fil diminuant avec la température dans les structures plus classiques. Toutefois, l’utilisation d’un fil chauffant bi- matériaux est coûteuse et présente des risques au niveau de la fiabilité, notamment du fait d’une potentielle rupture du fil au niveau de la jonction des deux matériaux le constituant.
Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients de l’état de la technique précité, en proposant une nouvelle solution de mise en forme de fil chauffant (i.e. un nouveau type de bobinage) afin d’intégrer une longueur de fil optimale dans le peu d’espace offert par le tube 10, et ce en cherchant à positionner la plus grande densité de fil chauffant vers l’avant de l’équipement de mesure, c’est-à-dire à proximité de l’extrémité ouverte 12 du tube, pour garantir d’apporter une chaleur maximale au nez de l’équipement de mesure, le nez étant la partie la plus exposée aux conditions climatiques extérieures hostiles, telles que des conditions climatiques givrantes eau surfondue ou des conditions climatiques givrantes cristaux.
A cet effet, l’invention a pour objet un équipement de mesure comprenant un dispositif de réchauffage, ledit équipement de mesure étant destiné à être disposé à l’extérieur et au niveau de la peau d’un véhicule propre à se déplacer dans un environnement climatique hostile associé à des conditions climatiques givrantes, ledit équipement correspondant à un corps formé d’un mat portant un tube fermé à l’une de ses extrémités, le dispositif de réchauffage étant destiné à être logé au sein dudit tube et comprenant au moins un fil chauffant bobiné dans le corps dudit tube, le bobinage dudit fil chauffant est un bobinage ponté en aller-retour défini par la présence d’un pont, le pont correspondant à une portion de fil chauffant chevauchant, selon l’axe dudit tube, un nombre prédéterminé de spires de l’extrémité dudit bobinage localisée à proximité de l’extrémité ouverte dudit tube, lesdites spires chevauchées étant régulièrement espacées selon un pas prédéterminé associé à la zone de chevauchement.
Un tel « bobinage ponté » proposé selon la présente invention permet d’augmenter la densité de réchauffage au niveau de l’extrémité ouvert avant du tube, qui est la zone critique pour l’antigivrage ou le dégivrage de la sonde en conditions givrantes eau surfondue, mais également à moindre échelle en conditions givrantes cristaux.
Autrement dit, le principe de la présente invention consiste donc à supprimer la goupille et la boucle initiale de formage du bobinage goupillé afin de pouvoir disposer les spires de bobinage de manière régulièrement espacées, tout en effectuant le chemin de retour du fil parallèlement à l’axe de révolution du bobinage et dans une zone d’échange thermique avec les zones à réchauffer afin de limiter les superpositions et donc les pertes calorifiques.
Le pont du bobinage ponté selon la présente invention permet d’obtenir un bobinage en « Aller-Retour » quasiment en simple épaisseur et non en double épaisseur selon l’état de la technique précité relatif au bobinage en aller-retour tel que divulgué au sein du brevet EP 3 173 797 B1 . En effet, la seule zone de double épaisseur selon la présente invention est limitée à la zone de chevauchement et présente une surface limitée à la surface de contact entre le fil du pont et les spires que le pont chevauche (i.e. enjambe), si bien que la génération de chaleur associée à cette surface réduite de contact est négligeable en terme de perte thermique.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, équipement de mesure comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- selon une première configuration, ledit pont est externe en étant localisé sur les spires chevauchées selon une direction radiale allant de l’intérieur vers l’extérieur dudit tube ;
- selon une deuxième configuration, ledit pont est interne en étant localisé sous les spires chevauchées, selon une direction radiale allant de l’intérieur vers l’extérieur dudit tube ;
- chaque spire formant le bobinage est enroulée dans le même sens avec un diamètre d’enroulement sensiblement égal d’une spire à l’autre ;
- ledit nombre prédéterminé de spires et/ou le pas d’espacement desdites spires est prédéterminé en fonction de la densité de chaleur nécessaire pour dégivrer l’extrémité ouverte dudit tube, et selon une mission du véhicule prédéterminée ;
- lesdites spires chevauchées par ledit pont son jointives ;
- ledit équipement présente au sein dudit tube une rainure configurée pour loger ledit pont ;
- ledit équipement de mesure est une sonde de Pitot ou une sonde de Pitot-statique, ledit tube correspondant à un tube de Pitot, ladite rainure étant ménagée au niveau du tube de la Totale dudit tube de Pitot pour loger un pont externe selon ladite première configuration ;
- ledit équipement de mesure est une sonde de Pitot ou une sonde de Pitot-statique, ledit tube correspondant à un tube de Pitot, ledit tube de Pitot comprenant en outre un tube interne, ladite rainure étant ménagée au niveau dudit tube interne dudit tube de Pitot pour loger un pont interne selon ladite deuxième configuration.
L’invention concerne également un aéronef comprenant un équipement de mesure comprenant un dispositif de réchauffage tel que décrit précédemment.
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
[Fig 1] la figure 1 est une vue schématique en coupe d’un équipement de mesure selon la présente invention correspondant à une sonde de pression de type Pitot ; [Fig 2] [Fig 3] les figures 2 et 3 illustrent les solutions de l’état de la technique décrites précédemment pour le réchauffage de l’équipement de mesure de la figure 1 , et non redécrites par la suite ;
[Fig 4] la figure 4 est une vue schématique de deux modes de réalisation d’un bobinage ponté proposé selon la présente invention.
Dans la suite de la description, l’expression « sensiblement égal(e) à » définit une relation d’égalité à plus ou moins 10%, de préférence à plus ou moins 5%.
Par la suite, par « spire », on entend chacun des tours du fil chauffant dont est formé le bobinage selon la présente invention.
La figure 4 est une vue schématique de deux modes de réalisation 32 et 34 d’un bobinage ponté d’un dispositif de réchauffage d’un équipement de mesure, proposé selon la présente invention, et destiné à être disposé à l’extérieur et au niveau de la peau d’un véhicule propre à se déplacer dans un environnement climatique hostile associé à des conditions climatiques givrantes, ledit équipement correspondant à un corps formé d’un mat portant un tube 10, tel qu’illustré sure la figure 1 précédemment décrite, ledit tube 10 étant fermé à l’une de ses extrémités.
Le dispositif de réchauffage est destiné à être logé au sein dudit tube 10 et comprend au moins un fil chauffant bobiné dans le corps dudit tube 10.
Plus précisément, pour ces deux modes de réalisation (i.e. configurations) 32 et 34, le bobinage dudit fil chauffant est un bobinage ponté en aller-retour défini par la présence d’un pont P, le pont P correspondant à une portion de fil chauffant chevauchant, selon l’axe 36 dudit tube, un nombre prédéterminé de spires de l’extrémité dudit bobinage localisée à proximité de l’extrémité ouverte 12 dudit tube 10, lesdites spires chevauchées étant régulièrement espacées selon un pas prédéterminé associé à la zone de chevauchement.
Il est par ailleurs à noter que chaque extrémité du pont est utilisée pour former une spire.
Selon un aspect optionnel complémentaire, le nombre prédéterminé de pires chevauchées est strictement inférieur au nombre total de spires moins un. Selon un autre aspect optionnel complémentaire, avantageusement, en termes d’encombrement, thermique car limitant les points chauds et maximisant les zones de contact entre fil chauffant et tube 10, pour ces deux modes de réalisation (i.e. configurations) 32 et 34, chaque spire formant le bobinage est enroulée dans le même sens (i.e. préférentiellement de l’avant 12 vers l’arrière ou à titre d’alternative de l’arrière vers l’avant 12) avec un diamètre D d’enroulement sensiblement égal d’une spire à l’autre. De plus, le nombre prédéterminé de spires et/ou le pas d’espacement desdites spires, par exemple quatre spires pour la première configuration 32, et sept spires pour la deuxième configuration 34, est prédéterminé en fonction de la densité de chaleur nécessaire pour dégivrer l’extrémité ouverte 12 dudit tube 10, et selon une mission du véhicule prédéterminée, notamment en tenant compte par exemple de la zone géographique de la mission et du climat associé, mais également du type d’équipement de mesure considéré. Selon un autre exemple, lesdites spires chevauchées sont jointives sur le premier centimètre de bobinage à proximité de l’extrémité ouverte 12, et au nombre de dix spires jointives.
Le nombre prédéterminé de spires et/ou le pas d’espacement desdites spires est notamment obtenu au moyens de calculs thermiques en fonction de la densité de chauffage (i.e. chaleur) nécessaire à proximité de l’extrémité ouverte 12 et à la mission de mesure considérée, pour prémunir toute mesure d’être faussée par un givrage.
Selon une variante de mise en œuvre, le pas d’espacement est tel que lesdites spires chevauchées par ledit pont sont jointives, ce qui permet de maximiser la densité de chauffage à proximité de l’extrémité ouverte 12 du tube 10, zone la plus critique à dégivrer notamment pour éviter que le givre ne fausse la mesure effectuée au moyen dudit équipement de mesure. Par exemple, lesdites spires chevauchées sont jointives sur le premier centimètre de bobinage à proximité de l’extrémité ouverte 12.
Selon une première configuration 32, ledit pont P est externe en étant localisé sur les spires, jointives sur l’exemple de la figure 4, selon une direction radiale allant de l’intérieur vers l’extérieur dudit tube 10 (i.e. le terme « externe » s’entendant selon ladite direction radiale allant de l’intérieur vers l’extérieur dudit tube 10).
Pour obtenir une telle mise en forme de la première configuration 32 illustrée par la figure 4, le procédé de mise en forme associé comprend une première étape de formation de la partie jointive des spires de fil chauffant, puis une deuxième étape de formation du point P externe au-dessus desdites spires jointives, puis une troisième étape de mise en forme de la partie non jointive du fil chauffant.
Selon une variante optionnelle complémentaire, lorsque, tel qu’illustré par la figure 1 , l’équipement de mesure est une sonde de Pitot ou une sonde de Pitot-statique, un tel équipement présente au sein du tube 10 une rainure configurée pour loger ledit pont P. Il est à noter que sur la figure 4, pour des raisons de représentation, la rainure propre à loger le pont externe de la première configuration 32 n’est pas représentée alors qu’elle serait ménagée dans le tube de la T otale 16 de la figure 1 pour loger le pont P externe selon ladite première configuration 32. Selon une deuxième configuration 34, ledit pont P est interne en étant localisé sous les spires, jointives sur l’exemple de la figure 4, selon une direction radiale allant de l’intérieur vers l’extérieur dudit tube 10 (i.e. le terme « interne » s’entendant selon ladite direction radiale allant de l’intérieur vers l’extérieur dudit tube 10).
Selon une variante optionnelle complémentaire, lorsque, tel qu’illustré par la figure 1 , l’équipement de mesure est une sonde de Pitot ou une sonde de Pitot-statique, ledit tube 10 correspondant à un tube de Pitot, ledit tube de Pitot comprenant en outre un tube interne 14 tel qu’illustré sur les figures 1 et 4, un tel équipement présente au sein du tube 10, et au niveau dudit tube interne 14, une rainure 38 configurée pour loger ledit pont P. Pour obtenir une telle mise en forme de la deuxième configuration 34 illustrée par la figure 4, le procédé de mise en forme associé comprend une première étape de préformation du pont P interne, une deuxième étape d’insertion dudit pont P interne dans ladite rainure 38 dédiée du tube interne 14, puis une troisième étape de formation de la partie jointive des spires de fil chauffant, tel qu’illustré selon l’exemple de la figure 4, puis une quatrième étape de formation de la partie non-jointive des spires de fil chauffant.
Indépendamment de la configuration 32 ou 34, le bobinage ponté comprend, selon le mode de réalisation illustré par la figure 4, à la fois une partie non-jointive et une partie jointive chevauchée par ledit pont.
Indépendamment de la configuration 32 ou 34, selon un aspect non représenté, le maintien en position de ces assemblages est effectué par brasage fort, l’ensemble des cavités et intersections de pièce étant rempli de brasure.
Il est à noter que de tels assemblages chauffants à bobinage pontés tirent notamment profit de l’évolution des pièces aux abords du bobinage. En effet, dans les dernières conceptions de sondes, de telles pièces, à savoir les tubes internes 14 et tubes de Totale 16 ont tendance à être de plus en plus épais, et la présente invention tire profit de cette surépaisseur de matière pour loger d’autres fonctions, tel que le bobinage ponté ici proposé, les rainures de logement proposées optionnellement en complément pour loger le pont P de bobinage étant propres à être intégrées (i.e. loger) au sein d’une telle surépaisseur du tube interne 14 pour la configuration 34 de bobinage ponté à pont interne, et du tube de la Totale 16 pour la configuration 32 de bobinage ponté à pont externe.
Ce pont permet, indépendamment de la configuration 32 ou 34, d’obtenir un bobinage en « Aller-Retour » quasiment en « simple épaisseur » de fil chauffant.
La très fine surface de « double épaisseur » est certes propre à générer une perte thermique, mais négligeable, surtout en considérant le fait que noyer le pont P dans une rainure 38 du tube interne 14 ou de la Totale 16 (i.e. tube externe 16) permet de récupérer les calories de cette portion de pont de fil chauffant pour le réchauffage des zones à dégivrer.
Il est à noter que le bobinage en extrémité pourra être à spire jointive ou non, en fonction de la densité de chaleur nécessaire dans cette zone.
L’homme du métier comprendra que l’invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits, ni aux exemples particuliers de la description, les modes de réalisation et les variantes mentionnées ci-dessus étant propres à être combinés entre eux pour générer de nouveaux modes de réalisation de l’invention.
Ainsi, la présente invention, par le bobinage ponté proposé, et illustré par la figure 4, permet de conserver tous les avantages du bobinage en « aller-retour » de l’état de la technique illustré précédemment par la figure 3, en évitant l’encombrement et la perte de rendement associés à la mise en œuvre d’une double épaisseur sur l’ensemble de « l’aller- retour » du bobinage. Autrement dit, la présente invention permet de s’affranchir de la double épaisseur qui prend plus de place et qui entraine des difficultés de dissipation de chaleur.
Plus précisément, le bobinage ponté proposé selon la présente invention permet d’amener la plus grande densité possible de fil chauffant à l’avant de l’équipement de mesure, et ce sans les espaces vides associés selon l’état de la technique à un bobinage goupillé.
La présente invention permet notamment d’améliorer sensiblement les performances de dégivrage des sondes Pitot ou Pitot-statique en eau surfondue notamment dans la zone la plus critique : l’extrémité avant de telles sondes Pitot ou Pitot-statiques, sans toutefois impacter la durée de vie du fil par surchauffe en conditions moins sévères, notamment au sol ou en cas de vol air sec haute altitude.

Claims

REVENDICATIONS
1. Equipement de mesure comprenant un dispositif de réchauffage, ledit équipement de mesure étant destiné à être disposé à l’extérieur et au niveau de la peau d’un véhicule propre à se déplacer dans un environnement climatique hostile associé à des conditions climatiques givrantes, ledit équipement correspondant à un corps formé d’un mat portant un tube (10) fermé à l’une de ses extrémités, le dispositif de réchauffage étant destiné à être logé au sein dudit tube (10) et comprenant au moins un fil chauffant bobiné dans le corps dudit tube, caractérisé en ce que le bobinage dudit fil chauffant est un bobinage ponté en aller- retour défini par la présence d’un pont (P), le pont (P) correspondant à une portion de fil chauffant chevauchant, selon l’axe (36) dudit tube, un nombre prédéterminé de spires de l’extrémité dudit bobinage localisée à proximité de l’extrémité ouverte (12) dudit tube (10), lesdites spires chevauchées étant régulièrement espacées selon un pas prédéterminé associé à la zone de chevauchement.
2. Equipement de mesure selon la revendication 1 , dans lequel, selon une première configuration (32), ledit pont (P) est externe en étant localisé sur les spires chevauchées selon une direction radiale allant de l’intérieur vers l’extérieur dudit tube (10).
3. Equipement de mesure selon la revendication 1 , dans lequel, selon une deuxième configuration (34), ledit pont (P) est interne en étant localisé sous les spires chevauchées, selon une direction radiale allant de l’intérieur vers l’extérieur dudit tube (10).
4. Equipement de mesure selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque spire formant le bobinage est enroulée dans le même sens avec un diamètre (D) d’enroulement sensiblement égal d’une spire à l’autre.
5. Equipement de mesure selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit nombre prédéterminé de spires et/ou le pas d’espacement desdites spires est prédéterminé en fonction de la densité de chaleur nécessaire pour dégivrer l’extrémité ouverte (12) dudit tube (10), et selon une mission du véhicule prédéterminée.
6. Equipement de mesure selon la revendication 5, dans lequel lesdites spires chevauchées par ledit pont sont jointives.
7. Equipement de mesure selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit équipement présente au sein dudit tube (10) une rainure (38) configurée pour loger ledit pont.
8. Equipement de mesure selon les revendications 2 et 7, dans lequel ledit équipement de mesure est une sonde de Pitot ou une sonde de Pitot-statique, ledit tube (10) correspondant à un tube de Pitot, ladite rainure étant ménagée au niveau du tube de la Totale (16) dudit tube de Pitot (10) pour loger un pont externe selon ladite première configuration (32).
9. Equipement de mesure selon les revendications 3 et 7, dans lequel ledit équipement de mesure est une sonde de Pitot ou une sonde de Pitot-statique, ledit tube (10) correspondant à un tube de Pitot, ledit tube de Pitot comprenant en outre un tube interne (14), ladite rainure étant ménagée au niveau dudit tube interne (14) dudit tube de Pitot (10) pour loger un pont interne selon ladite deuxième configuration (34).
10. Aéronef comprenant un équipement de mesure comprenant un dispositif de réchauffage selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
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