FR2991544A1 - Dispositif pour emettre un rayonnement infrarouge destine a chauffer un materiau polymere pour une operation de maintenance d'un composant d'aeronef - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif (1) comprend : - un circuit résistif (2) dissipant de l'énergie électrique en un rayonnement infrarouge ; - un réflecteur (4) réfléchissant des rayons infrarouges ; et - un diffuseur à plaque perforée (6.1) diffusant le rayonnement infrarouge. Le circuit résistif (2) est disposé entre le réflecteur (4) et l'organe de diffusion (6).
Description
La présente invention concerne un dispositif pour émettre un rayonnement infrarouge destiné à chauffer un matériau polymère, tel qu'une résine époxyde, pour une opération de maintenance d'un composant structurel d'aéronef.
La présente invention trouve notamment application dans le domaine de la maintenance aéronautique. En particulier, la présente invention trouve application dans le domaine de la réparation ou du remplacement de pare-brises d'aéronefs. Un émetteur à infrarouges de l'art antérieur comprend généralement un circuit résistif qui dissipe l'énergie électrique en rayonnement infrarouge et un réflecteur concave qui concentre et focalise le rayonnement émis directement vers la cible. Cependant, cet émetteur de l'art antérieur émet un rayonnement de longueur d'ondes trop courte pour certaines applications. En outre, cet émetteur de l'art antérieur émet beaucoup de chaleur, qui est d'une part inexploitable car incompatible avec une polymérisation correcte et d'autre part dangereuse à manipuler en raison de la convection qu'elle engendre. La présente invention vise notamment à résoudre, en tout ou partie, les problèmes mentionnés ci-avant.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif, pour émettre un rayonnement infrarouge destiné à chauffer un matériau polymère, tel qu'une résine époxyde, pour une opération de maintenance d'un composant structurel d'aéronef, le dispositif comprenant : - un circuit résistif adapté pour dissiper de l'énergie électrique en un rayonnement infrarouge ; - un réflecteur agencé pour réfléchir une partie des rayons dudit rayonnement infrarouge ; et - un organe de diffusion comportant une plaque perforée présentant une pluralité d'orifices traversants de façon à diffuser le rayonnement infrarouge ; le circuit résistif étant disposé entre le réflecteur et l'organe de diffusion. L'organe de diffusion diffuse la majeure partie du rayonnement infrarouge émis, y compris les rayons infrarouges réfléchis par le circuit résistif.
Dans la présente demande, le terme « résistif » se rapporte à la propriété physique de résistance électrique et le terme « circuit résistif » désigne un circuit dont la grandeur essentielle est la résistance électrique. Dans la présente demande, le terme « plaque perforée » désigne toute plaque de forme quelconque, plane ou courbe, présentant des orifices traversants, réalisés par perçage, issus de moulage ou encore formés par un treillis de fils métalliques. Ainsi, un tel dispositif permet d'émettre un rayonnement infrarouge focalisé par le réflecteur, ce qui augmente le flux de rayonnement par unité de surface. On a constaté que la coopération entre le réflecteur et l'organe de diffusion permet d'émettre un rayonnement infrarouge avec un spectre de longueurs d'ondes allant de 2 pm à 15 pm qui est plus large qu'un spectre émis (2-3 pm) par un dispositif de l'art antérieur, ce qui permet de traiter un matériau polymère sur une plus grande épaisseur.
Selon une variante de l'invention, l'organe de diffusion comprend une matière catalytique, par exemple du platine (Pt) ou du palladium (Pd). Ainsi, une telle matière catalytique permet d'émettre un rayonnement infrarouge avec un rendement efficace. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit résistif a une forme allongée s'étendant dans une direction longitudinale et sur une longueur supérieure à 200 mm. Ainsi, un tel circuit résistif allongé peut chauffer un matériau polymère sur une longueur étendue, ce qui permet par exemple de chauffer un joint placé sous l'un des côtés d'un pare-brise d'aéronef.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit résistif comprend au moins une résistance électrique ayant une forme globalement rectilinéaire. Ainsi, une telle résistance électrique permet de former un circuit résistif simple à fabriquer et à assembler.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le réflecteur délimite un volume creux globalement en forme de cylindre tronqué, le cylindre ayant une section transversale globalement en forme de portion d'ellipse, de portion de cercle, de parabole ou d'hyperbole, les génératrices du cylindre s'étendant globalement parallèlement à la direction longitudinale du circuit résistif, le circuit résistif étant disposé dans le volume creux.
Ainsi, un tel réflecteur cylindrique permet de réfléchir efficacement les rayons infrarouges, en limitant les pertes par conduction ou convection thermique dans ou sur le réflecteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, la base du cylindre est une portion d'ellipse, de préférence une demi-ellipse, le circuit résistif passant sensiblement par un foyer de ladite demi-ellipse. Ainsi, une telle base de cylindre de maximiser la réflexion de rayons infrarouges, en minimisant les pertes par conduction ou convection thermique dans ou sur le réflecteur.
Selon une variante de l'invention, le circuit résistif comprend plusieurs résistances électriques connectées en série ou en parallèle. Ainsi, un tel circuit résistif présente une grande densité surfacique de puissance. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit résistif est conformé pour dissiper une puissance électrique comprise entre 1,5 Watt par cm et 16 Watt par cm de circuit résistif. Ainsi, un tel circuit résistif permet une émission efficace de rayonnement infrarouge long, c'est-à-dire avec une longueure d'onde relativement grande, ce qui permet de polymériser efficacement les matériaux polymères mis en oeuvre dans la plupart des opérations de maintenance d'un composant structurel d'aéronef. Selon une variante de l'invention, le circuit résistif a une longueur variable. Ainsi, une telle longueur variable permet d'adapter l'émission du rayonnement infrarouge aux dimensions de la cible à atteindre et de minimiser 25 la puissance consommée. Selon un mode de réalisation de l'invention, des bords du réflecteur délimitent une ouverture par laquelle le réflecteur émet les rayons infrarouges réfléchis, l'organe de diffusion étant agencé de façon à obturer, de préférence totalement, ladite ouverture. 30 Ainsi, tous les rayons infrarouges réfléchis par le réflecteur sont diffusés par l'organe de diffusion. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'organe de diffusion est fixé au réflecteur. Ainsi, l'assemblage du dispositif est aisé à réaliser.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les orifices traversants sont répartis sur toute la plaque perforée de manière sensiblement uniforme. Ainsi, la diffusion du rayonnement infrarouge est uniforme, ce qui 5 permet de chauffer efficacement une zone étendue. Selon un mode de réalisation de l'invention, la plaque perforée comprend une membrane composée d'un dérivé de silice sous forme de fibres ou de fibres organiques non tissées. Ainsi, une telle membrane permet d'augmenter le rendement 10 énergétique de l'émission du rayonnement. Selon une variante de l'invention, chaque orifice traversant a un diamètre compris entre 0,3 mm et 2,5 mm. Ainsi, de tels orifices traversants permettent de diffuser un rayonnement infrarouge ayant un spectre relativement large de 2 pm à 20 pm. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend en outre un boîtier, qui a de préférence une forme globalement parallélépipédique, le boîtier logeant le circuit résistif, le réflecteur et l'organe de diffusion. Ainsi, un tel boîtier facilite le transport et l'installation du dispositif 20 pour une opération de maintenance. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend en outre des moyens de refroidissement par convection de fluide, les moyens de refroidissement étant disposés près du réflecteur du côté opposé à l'organe de diffusion. 25 Ainsi, de tels moyens de refroidissement évite l'endommagement ou le fluage des composants du dispositif, en particulier du réflecteur et du circuit résistif dont ils permettent un refroidissement. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de refroidissement comprennent plusieurs ventilateurs ou buses disposés en 30 des points répartis le long du réflecteur. Ainsi, de tels ventilateurs ou buses permettent de refroidir efficacement le réflecteur. En outre, la coopération du circuit résistif, du réflecteur et de l'organe de diffusion avec les moyens de refroidissement permet d'optimiser le rayonnement infrarouge émis. 35 Selon une variante de l'invention, deux ventilateurs ou buses consécutifs sont séparés par une distance comprise entre 30 mm et 100 mm.
Ainsi, une telle distance permet de garantir le refroidissement d'un réflecteur pour un dispositif dont la puissance électrique dissipée est inférieure à 2,5 kW. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend en outre : - une unité de commande reliée au circuit résistif de façon à commander l'alimentation électrique du circuit résistif ; et - au moins un détecteur thermosensible relié à l'unité de commande, le ou chaque détecteur thermosensible étant configuré pour transmettre un signal de dépassement lorsque la température dépasse un seuil prédéterminé, de sorte que l'unité de commande interrompt l'alimentation électrique du circuit résistif lorsqu'un signal de dépassement est émis. Ainsi, une telle unité de commande avec détecteur thermosensible garantit la sécurité matérielle du dispositif en interrompant son alimentation électrique en cas de surchauffe. Selon une variante de l'invention, le ou chaque détecteur thermosensible est près ou au contact du réflecteur. Ainsi, les températures mesurées sont représentatives des températures à la surface du réflecteur.
Selon une variante de l'invention, le ou chaque détecteur thermosensible est formé par un thermocouple de type J (fer / constantan) ou sonde PT 100 (thermomètre à résistance de platine ayant une résistance de 100 Ohm à 0°C et de 138,5 Ohm à 100°C) qui est connecté en série avec le circuit résistif.
Ainsi, un tel détecteur thermosensible permet de couper directement, donc instantanément, l'alimentation électrique du circuit résistif, au lieu de transiter par l'unité de commande, ce qui augmente le temps de réponse. Selon une variante de l'invention, le détecteur thermosensible est 30 formé par un organe élastique comprenant deux matériaux ayant des coefficients de dilatation différents (bilame). Ainsi, un tel détecteur thermosensible est fiable et compact. Selon une variante de l'invention, l'ensemble des composants électriques est sécurisé par au moins trois protections thermiques physiques 35 qui sont du type bilame ou équivalent et qui sont associées aux moyens de refroidissement. Ainsi, une tel montage électrique permet d'éviter qu'un composant électrique ne soit déterioré par une surchauffe. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend en outre au moins un capteur de température agencé pour mesurer à distance la température de la cible à chauffer, ledit au moins un capteur de température étant relié à l'unité de commande. Ainsi, un tel capteur de température permet à l'unité de commande de réguler la puissance électrique alimentant le circuit résistif en fonction d'une température de consigne à atteindre sur la cible. On réalise ainsi une boucle de commande. Le capteur de température peut être formé d'un capteur à infrarouges pour recevoir des rayons infrarouges émis par la cible chauffée. Les modes de réalisation de l'invention et les variantes de l'invention mentionnés ci-avant peuvent être pris isolément ou selon toute combinaison techniquement possible. La présente invention sera bien comprise et ses avantages ressortiront aussi à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective, suivant un angle différent de la figure 1, du dispositif de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective, suivant un angle différent de la figure 1 ou 2, du dispositif de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en perspective éclatée, suivant un angle voisin de celui de la figure 1, du dispositif de la figure 1 ; et - la figure 5 est une vue en perspective éclatée d'une partie du dispositif de la figure 1. Les figures 1, 2, 3, 4 et 5 illustrent un dispositif 1 pour émettre un rayonnement infrarouge destiné à chauffer un matériau polymère pour une opération de maintenance d'un composant structurel d'aéronef non représenté.
Par exemple, le matériau polymère peut être une résine époxyde appliquée sur un composant structurel en matériau composite, ou du silicone appliqué sur les bords d'un pare-brise non représenté pour former un joint. Le dispositif 1 comprend un circuit résistif adapté pour dissiper de l'énergie électrique en un rayonnement infrarouge. Dans l'exemple de la figure 3, le circuit résistif comprend une résistance 2. De plus, le dispositif 1 comprend un réflecteur 4 qui est agencé pour réfléchir une partie des rayons du rayonnement infrarouge qui est émis lorsque la résistance 2 est alimentée en énergie électrique.
Comme le montrent les figures 2, 3 et 4, le dispositif 1 comprend en outre un organe de diffusion 6 qui comporte une plaque perforée 6.1. La plaque perforée 6.1 présente une pluralité d'orifices traversants 6.2 de façon à diffuser le rayonnement infrarouge. Le circuit résistif est disposé entre le réflecteur 4 et l'organe de diffusion 6. Lorsque le dispositif 1 est à l'état assemblé, la résistance 2 est positionnée dans l'espace s'étendant entre le réflecteur 4 et l'organe de diffusion 6. Le dispositif 1 comprend en outre un boîtier 8 qui a une forme globalement parallélépipédique. Le boîtier 8 loge la résistance 2, le réflecteur 4 et l'organe de diffusion 6. Le boîtier 8 comporte deux poignées 8.2 pour transporter et manipuler le dispositif 1. La résistance électrique 2 a une forme globalement rectilinéaire et cylindrique. Ainsi, le circuit résistif a une forme allongée s'étendant dans une direction longitudinale et sur une longueur L2 supérieure à 200 mm.
La longueur L2 peut varier en fonction de la cible à atteindre. La puissance émise est proportionnelle à la longueur L2 choisie. En outre, en fonction du rayonnement infrarouge sélectionné, la puissance émise est comprise entre 1,5 et 16 Watt par cm linéaire de la longueur L2. Chaque orifice traversant 6.2 traverse la plaque perforée 6.1, de sorte que les rayons infrarouges émis par la résistance 2 ou réfléchis par le réflecteur 4 passent à travers les orifices traversants 6.2. Chaque orifice traversant 6.2 a ici un diamètre d'environ 0,5 mm. La plaque perforée 6.1 a globalement la forme d'un rectangle dont la longueur est semblable à la longueur L2 du circuit résistif. Les orifices traversants 6.2 sont répartis sur toute la plaque perforée 6.1 de manière sensiblement uniforme. Les bords des orifices traversants 6.2 diffusent le rayonnement infrarouge. L'organe de diffusion 6 est composé d'une plaque ou grille métallique associée à un substrat de sélection. En l'occurrence, la plaque perforée 6.1 est monobloc. Des bords du réflecteur 4 délimitent une ouverture 4.4 par laquelle le réflecteur 4 émet les rayons infrarouges réfléchis. L'organe de diffusion 6 est agencé de façon à obturer totalement l'ouverture 4.4. L'organe de diffusion 6 est fixé au réflecteur 4. À cet effet, le bord de la plaque perforée 6.1 est maintenu par des vis non représentées qui sont serrées dans des taraudages 4.1 du réflecteur 4. Le réflecteur 4 délimite un volume creux visible à la figure 5. Le réflecteur 4 a globalement la forme d'un cylindre tronqué par un plan parallèle aux génératrices de ce cylindre. En d'autres termes, le réflecteur 4 est globalement en forme de demi-cylindre. Le cylindre formant le réflecteur 4 a une section transversale, c'est-à-dire sa base, qui est globalement en forme de portion d'ellipse. La résistance 2 est disposée dans le volume creux formé par le réflecteur 4. De plus, la résistance 2 passe sensiblement par un foyer de cette demi-ellipse qui forme la base du cylindre. De plus, le dispositif 1 comprend cinq ventilateurs 10 disposés en des points répartis le long du réflecteur 4. Les ventilateurs 10 forment des moyens de refroidissement par convection d'air. Le boîtier 8 a des grilles 8.10 placée en regard des ventilateurs 10 pour permettre l'écoulement d'un flux d'air vers ou depuis chaque ventilateur 10. Les ventilateurs 10 sont disposés près du réflecteur 4 du côté opposé à l'organe de diffusion 6. Deux ventilateurs 10 consécutifs le long du réflecteur 4 sont séparés par une distance D10 d'environ 120 mm. Le dispositif 1 comprend en outre une unité de commande 12 symbolisée à la figure 4. L'unité de commande 12 est électriquement reliée à la résistance 2 de façon à commander l'alimentation électrique de la résistance 2. De plus, le dispositif 1 comprend des détecteurs thermosensibles 14 qui sont reliés à l'unité de commande 12. Chaque détecteur thermosensible 14 est ici formé par un thermocouple de type J ou sonde PT 100. Chaque détecteur thermosensible 14 est placé au contact du réflecteur 4. En outre, l'ensemble du circuit électrique est sécurisé par au moins trois protections thermiques physiques qui sont du type bilame ou équivalent et qui sont associées au système de ventilation. Chaque détecteur thermosensible 14 est configuré pour transmettre un signal de dépassement lorsque la température dépasse un seuil prédéterminé, par exemple 250 °C. Lorsqu'elle reçoit ce signal de dépassement l'unité de commande 12 interrompt l'alimentation électrique de la résistance 2. Comme le montre la figure 4, le dispositif 1 comprend en outre deux capteurs de température 16 qui sont agencés sur le boîtier 8 pour mesurer à distance la température d'une cible non représentée. Chaque capteur de température 16 est relié à l'unité de commande 12, qui reçoit ainsi les mesures prises par les capteurs de température 16. Chaque capteur de température 16 est orienté vers la zone où doit être placée la cible à chauffer, c'est-à-dire la zone parcourue par les rayons infrarouges en aval de la plaque perforée 8.1.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (1), pour émettre un rayonnement infrarouge destiné à chauffer un matériau polymère, tel qu'une résine époxyde, pour une opération de maintenance d'un composant structurel d'aéronef, le dispositif (1) comprenant : - un circuit résistif (2) adapté pour dissiper de l'énergie électrique en un rayonnement infrarouge ; - un réflecteur (4) agencé pour réfléchir une partie des rayons dudit rayonnement infrarouge ; et - un organe de diffusion (6) comportant une plaque perforée (6.1) présentant une pluralité d'orifices traversants (6.2) de façon à diffuser le rayonnement infrarouge ; le circuit résistif (2) étant disposé entre le réflecteur (4) et l'organe de diffusion (6).
- 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel le circuit résistif a une forme allongée s'étendant dans une direction longitudinale et sur une longueur (L2) supérieure à 200 mm.
- 3. Dispositif (1) selon la revendication 2, dans lequel le circuit résistif comprend au moins une résistance électrique (2) ayant une forme globalement rectilinéaire.
- 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 2 à 3, dans lequel le réflecteur (4) délimite un volume creux globalement en forme de cylindre tronqué, le cylindre ayant une section transversale globalement en forme de portion d'ellipse, de portion de cercle, de parabole ou d'hyperbole, les génératrices du cylindre s'étendant globalement parallèlement à la direction longitudinale du circuit résistif, le circuit résistif étant disposé dans le volume creux.
- 5. Dispositif (1) selon la revendication 4, dans lequel la base du cylindre est une portion d'ellipse, de préférence une demi-ellipse, le circuit résistif passant sensiblement par un foyer de ladite demi-ellipse.
- 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit résistif est conformé pour dissiper une puissance électrique comprise entre 1,5 Watt par cm et 16 Watt par cm de circuit résistif.
- 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel des bords du réflecteur (4) délimitent une ouverture (4.4) par laquelle le réflecteur (4) émet les rayons infrarouges réfléchis, l'organe de diffusion (6) étant agencé de façon à obturer, de préférence totalement, ladite ouverture (4.4).
- 8. Dispositif (1) selon la revendication 7, dans lequel l'organe de diffusion (6) est fixé au réflecteur (4).
- 9. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les orifices traversants (6.2) sont répartis sur toute la plaque perforée (6.1) de manière sensiblement uniforme.
- 10. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la plaque perforée (6.1) comprend une membrane composée d'un dérivé de silice sous forme de fibres ou de fibres organiques non tissées.
- 11. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un boîtier (8), qui a de préférence une forme globalement parallélépipédique, le boîtier (8) logeant le circuit résistif, le réflecteur (4) et l'organe de diffusion (6).
- 12. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de refroidissement par convection de fluide, les moyens de refroidissement étant disposés près du réflecteur (4) du côté opposé à l'organe de diffusion (6).
- 13. Dispositif (1) selon la revendication 12, dans lequel les moyens de refroidissement comprennent plusieurs ventilateurs (10) ou buses disposés en des points répartis le long du réflecteur (4).
- 14. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre : - une unité de commande (12) reliée au circuit résistif de façon à commander l'alimentation électrique du circuit résistif ; et - au moins un détecteur thermosensible (14) relié à l'unité de commande (12), le ou chaque détecteur thermosensible (14) étant configuré pour transmettre un signal de dépassement lorsque la température dépasse un seuil prédéterminé, de sorte que l'unité de commande (12) interrompt l'alimentation électrique du circuit résistif lorsqu'un signal de dépassement est émis.
- 15. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un capteur de température (16) agencé pour mesurer à distance la température de la cible à chauffer, ledit au moins un capteur de température étant relié à l'unité de commande.
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013182788A1 (fr) | 2013-12-12 |
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