FR2996525A1

FR2996525A1 - Element constitutif d’une nacelle a protection contre le givre amelioree

Info

Publication number: FR2996525A1
Application number: FR1259599A
Authority: FR
Inventors: Patrick Gonidec; Bertrand Desjoyeaux; Caroline Coat
Original assignee: Aircelle SA
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2014-04-11
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: WO2014057210A1; RU2015116520A; BR112015006986A2; EP2906471A1; CN104703879A; FR2996525B1; CA2885966A1; US20150210400A1

Abstract

L'invention concerne un élément (2) constitutif d'une nacelle d'aéronef formé d'au moins une structure composite (23) et d'un élement chauffant (30) et comprenant des moyens de protection contre le givre caractérisé en ce que la structure composite (23) est à matrice renforcée par au moins un matériau dont la conductivité thermique à température ambiante est supérieure ou égale à 800 W•m-1•K-1 de manière à assurer une conductivité thermique transversale au sein de l'élement de nacelle (1).

Description

La présente invention se rapporte à un élément constitutif d'une nacelle d'aéronef formé d'une structure composite associé à un élément chauffant et, plus particulièrement mais non exclusivement, à une structure de bord d'attaque notamment pour entrée d'air de nacelle de moteur d'aéronef.

Comme cela est connu en soi, une nacelle de moteur d'aéronef forme le carénage de ce moteur et ses fonctions sont multiples : cette nacelle comporte notamment dans sa partie amont une partie appelée couramment « entrée d'air », qui présente une forme générale annulaire, et dont le rôle est notamment de canaliser l'air extérieur en direction du moteur.

Comme cela est visible sur la figure 1 ci-annexée, on a représenté de manière schématique une section d'une telle entrée d'air en coupe longitudinale. Cette partie de nacelle comporte, dans sa zone amont, une structure de bord d'attaque 1 comprenant, d'une part un bord d'attaque 2 à 15 proprement parler couramment appelé « lèvre d'entrée d'air », et d'autre part une première cloison intérieure 3 définissant un compartiment 5 dans lequel sont disposés des moyens 6 de protection contre le givre , à savoir tout moyen permettant d'assurer l'antigivrage et/ou le dégivrage de la lèvre. Il est ici rappelé que le dégivrage consiste à évacuer la glace déjà 20 formée, et que l'antigivrage consiste à prévenir toute formation de glace. La lèvre d'entrée d'air 2 est fixée par rivetage à la partie aval 7 de l'entrée d'air, cette partie aval comportant sur sa face extérieure un capot de protection 9 et sur sa face intérieure des moyens d'absorption acoustique 11 couramment désignés par « virole acoustique » ; cette partie aval 7 de l'entrée 25 d'air définit une sorte de caisson fermé par une deuxième cloison 13. En règle générale, l'ensemble de ces pièces est formé dans des alliages métalliques, typiquement à base d'aluminium pour la lèvre d'entrée d'air 2 et le capot de protection 9, et à base de titane pour les deux cloisons 3 et 13. Le capot 9 peut également être réalisé en matériau composite. 30 Une telle entrée d'air classique présente un certain nombre d'inconvénients : son poids est relativement élevé, sa construction nécessite de nombreuses opérations d'assemblage, et la présence de nombreux rivets affecte ses qualités aérodynamiques. Pour supprimer ces inconvénients, une évolution naturelle est le remplacement des matériaux métalliques par des matériaux composites.

De nombreuses recherches ont été effectuées afin d'utiliser des matériaux composites, en particulier pour la structure de bord d'attaque 1. Toutefois, ces recherches ont jusqu'alors buté sur le problème du comportement thermique des matériaux composites et aux conséquences sur l'efficacité des systèmes de dégivrage ou d'antigivrage mis en place dans la 10 lèvre d'entrée d'air. La conduction thermique des matériaux composites est inférieure à celle des matériaux métalliques, et notamment de l'aluminium. Elle devient insuffisante pour permettre une protection contre le givre performante lorsque la source chaude de dégivrage est située au sein de 15 la lèvre d'entrée d'air ou sur sa surface interne. Il est difficile de concilier les exigences relatives au dégivrage et/ou à l'antigivrage de la lèvre d'entrée d'air 2 et celles relatives au comportement mécanique de ladite lèvre 2 pour une lèvre réalisée en matériaux composites « classiques ». 20 En effet, on ne peut atteindre, sur la peau externe de la lèvre, la température nécessaire pour assurer l'antigivrage et/ou pour dégivrer efficacement, sans détériorer thermiquement le matériau composite en dépassant sa température de transition vitreuse en différents points. La modification des dimensions du matériau composite, et plus 25 particulièrement une réduction de l'épaisseur du matériau composite, ne permet pas de résoudre ce problème. De plus, une telle modification rend inapte la structure de bord d'attaque à supporter les autres contraintes environnementales inhérentes à son utilisation. 30 En effet, une telle modification entraîne une diminution de la résistance de la lèvre d'entrée d'air aux contraintes mécaniques, de type résistance statique et/ou résistance à l'impact d'outils, d'oiseaux ou de grêle.

De plus, la lèvre d'entrée d'air est soumise à un courant d'air violent qui engendre un risque d'érosion sérieux sur un matériau composite. Une solution envisagée pour remédier aux principaux inconvénients susmentionnés propose un bord d'attaque formé d'au moins une structure composite multiaxiale superposée à l'élément chauffant destiné au dégivrage et/ou à l'antigivrage . Par structure composite multiaxiale, on entend un composite comprenant des fibres dans les trois directions, de l'espace, dont des fibres de renfort la traversant dans son épaisseur, permettant de lier les couches de 10 composites entre elles. Une telle structure améliore légèrement la conductivité thermique mais complique notablement le procédé de réalisation. Par ailleurs, pour augmenter suffisamment la conductivité thermique transversale, dans le cadre, par exemple, d'un composite à matrice 15 époxy, il faudrait mettre au moins 15 à 20% de fibres, ce qui est techniquement très difficile, et pénalise excessivement les caractéristiques mécaniques dans le plan de la lèvre. On ne répond pas, dès lors à l'ensemble du problème. La présente invention a donc notamment pour but de fournir une 20 solution permettant d'utiliser des matériaux composites pour les pièces constitutives de nacelle d'aéronef, notamment pour les structures de bord d'attaque, qui ne présente pas les inconvénients de la technique antérieure. Un but de la présente invention est de proposer une structure de bord d'attaque composite qui permette un antigivrage ou un dégivrage efficace, 25 en particulier dans le cas de moyens de protection électriques contre le givre en particulier si ces éléments chauffants sont montés sur la face interne de la lèvre d'entrée d'air. Comme il est également désirable de concevoir une structure de bord d'attaque qui offre une certaine résistance contre les impacts éventuels 30 (grêle par exemple) tout en continuant d'assurer une fonction de dégivrage et/ou d'antigivrage efficace il est nécessaire d'optimiser la conductivité du matériau constitutif de cet élément en fonction de ces deux objectifs.

Un autre but de la présente invention est de proposer une structure de bord d'attaque à conduction thermique optimisée dans l'épaisseur de la structure permettant de réduire les différences de température entre les peaux interne et externe du bord d'attaque, d'augmenter l'efficacité thermique du système lèvre - moyens de protection contre le givre, et de réduire le temps de réponse de montée en température. Il est également avantageux de pouvoir adapter la conduction thermique de la structure de bord d'attaque sur son profil, c'est-à-dire son évolution selon l'axe longitudinal de la nacelle et en radial. Plus particulièrement, il est désirable de proposer une structure de bord d'attaque dans laquelle on maîtrise les différents aspects de la dissipation thermique et, notamment, la direction de cette dissipation thermique dans la structure de bord d'attaque, selon le profil du bord d'attaque et selon les dimensions importantes qu'il implique.

Un autre but de la présente invention est de proposer une structure de bord d'attaque composite à conduction thermique optimisée tout en assurant une cohésion améliorée de l'armature au sein de la matrice. On atteint ce but de l'invention avec un élément constitutif d'une nacelle d'aéronef formé d'au moins une structure composite et d'un élément 20 chauffant et comprenant des moyens de protection contre le givre caractérisé en ce que la structure composite est à matrice renforcée par au moins un matériau dont la conductivité thermique à température ambiante est supérieure ou égale à 800 W-m-1.K-1 de manière à assurer une conductivité thermique transversale au sein de l'élément de nacelle. 25 Un tel composite confère à l'élément constitutif de la nacelle qui peut être une structure de bord d'attaque de bonnes propriétés thermiques de part la présence du matériau dopant dans l'épaisseur de la structure composite, tout en assurant une bonne résistance vis-à-vis des différents impacts et de l'érosion qu'elle peut être amenée à subir et tout en n'entravant 30 pas la cohésion des fibres du matériau composite au sein de la matrice. La présence du matériau dopant de façon approprié au sein de la matrice engendre une conductivité thermique augmentée notamment dans le sens de l'épaisseur de la structure composite (épaisseurs et conductivité évolutives ou non selon le but recherché), permettant de pouvoir atteindre une température adéquate pour un dégivrage et/ou un antigivrage efficace sur la peau externe du bord d'attaque tout en maintenant la résine de la structure composite en dessous de sa température de transition vitreuse en tout point et à tous les moments. Cette conductivité augmentée améliore également les propriétés de la résine de la structure composite lors de la cuisson en homogénéisant plus rapidement la distribution de température dans le matériau lors de cette opération et en minimisant fortement les gradients thermiques et donc les contraintes internes lors du refroidissement du composite juste après cuisson. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de la structure de bord d'attaque selon l'invention : - la structure composite est à matrice renforcée par au moins une poudre de diamant de manière à assurer une conductivité thermique transversale au sein de l'élément de nacelle ; - la structure composite est à matrice renforcée par au moins des nanoparticules ou nanotubes de manière à assurer une conductivité thermique 20 transversale au sein de l'élément de nacelle ; - le taux a de matériau qui dope la matrice de la structure composite est situé entre 1 et 50% ; - le taux a de matériau qui dope la matrice de la structure composite est situé entre 50% et 90% ; 25 - la structure composite est configurée de sorte que le dopage en matériau de la matrice de ladite structure évolue dans l'épaisseur de ladite structure ; - le dopage en matériau de la matrice de ladite structure est supérieur dans des plis externes de la structure composite formant la face 30 externe de l'élément ; - Seule la matrice de certains plis de la structure composite est sélectivement dopée en matériau ; - la structure composite est configurée de sorte que la granulométrie du matériau dopant la matrice de ladite structure évolue dans l'épaisseur de ladite structure ; - la structure composite présente une densité de fibres variable 5 dans l'épaisseur de ladite structure ; - l'élément comprend, en outre, un matériau d'assemblage entre la structure composite et l'élément chauffant, ce matériau d'assemblage étant renforcé par au moins un matériau dont la conductivité thermique à température ambiante est supérieure ou égale à 800 Wgri-1-K-1 de manière à 10 assurer une conductivité thermique transversale au sein de l'élément de nacelle ; - l'élément comprend, en outre, un isolant thermique noyé dans l'élément chauffant ou recouvert par l'élément chauffant ou séparés de l'élément chauffant par une structure de plis composites. 15 - La présente invention se rapporte également à une structure de bord d'attaque notamment pour entrée d'air de nacelle d'aéronef, comprenant un bord d'attaque et une cloison intérieure définissant un compartiment longitudinal à l'intérieur de ce bord d'attaque logeant des moyens de dégivrage, et/ou d'antigivrage, le bord d'attaque étant formé d'au moins une structure 20 composite et d'un élément chauffant dans laquelle le bord d'attaque est formé d'un élément tel que précité. La présente invention se rapporte également à une entrée d'air, remarquable en ce qu'elle comprend une structure de bord d'attaque conforme à ce qui précède. 25 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles : - la figure 1 représente de manière schématique une section 30 d'entrée d'air en coupe longitudinale de l'art antérieur (voir préambule de la présente description) ; - les figures 2 à 5 représentent des vues en coupe transversale de différents modes de réalisation d'une structure de bord d'attaque d'entrée d'air selon l'invention.

Sur ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou sous-ensembles d'organes identiques ou analogues. En référence à la figure 1, une structure de bord d'attaque 1 destinée en particulier à être intégrée à une entrée d'air de nacelle de moteur d'aéronef comprend, classiquement, comme décrit précédemment dans l'art antérieur, un bord d'attaque 2 et une cloison 3 longitudinale intérieure définissant un compartiment destiné à accueillir, en particulier, des moyens 6 de protection contre le givre de type moyens de dégivrage et/ ou antigivrage. Les moyens de protection contre le givre peuvent être de tout type. Plus particulièrement, ces moyens peuvent être des moyens de 15 dégivrage et/ ou antigivrage pneumatiques, électriques mis en place dans le bord d'attaque 2 ou des moyens de dégivrage et/ ou antigivrage internes de tout autre type. On définit, par ailleurs, comme illustré sur la figure 1, la face externe fe de la structure de bord d'attaque 2 comme la face extérieure, 20 exposée au gaz externe givrant et la face interne fi de la structure de bord d'attaque 2 comme la face intérieure de la structure délimitant le compartiment. En se reportant maintenant à la figure 2, on a représenté un premier mode de réalisation particulier d'une structure de bord d'attaque 2 de lèvre d'entrée d'air selon l'invention. 25 Dans une variante de réalisation, ce bord d'attaque 2 peut être structural. Comme expliqué précédemment, ceci signifie que le bord d'attaque 2 a une fonction de structure, en plus d'une fonction aérodynamique. Les efforts sont, par ailleurs, également repris par la cloison 30 intérieure 3, correctement dimensionnée. Dans une variante de réalisation, le bord d'attaque 2 présente une épaisseur variable le long de son profil, et notamment, par exemple, une épaisseur plus importante au niveau de fortes courbures et moins importante au niveau de ses extrémités. Par ailleurs, le bord d'attaque 2 est formé d'un empilement de couches particulières.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, les moyens de dégivrage et/ ou antigivrage sont électriques. Ce bord d'attaque 2 comprend au moins une structure en composites 23 superposée à un dispositif de chauffage 30 surfacique. Ce dispositif de chauffage 30 est constitué au moins d'une 10 couche 31 électriquement conductrice convenablement isolée électriquement par un isolant électrique 32. Dans une variante de réalisation non limitative, l'isolant électrique 32 est formé par exemple, par deux couches 32 de matériaux élastomères ou composites placés de part et d'autre de la couche 31 électriquement 15 conductrice. La couche 31 électriquement conductrice ou âme 31 intégrée à la lèvre d'entrée d'air 2 est conçue comme un élément chauffant destiné à fournir des calories à la structure de la lèvre 2 et contribuer à éliminer la glace ou maintenir hors givre la surface externe fe de la lèvre 2 en contact avec le gaz 20 givrant. Elle peut comprendre, dans des variantes de réalisation non limitatives, un circuit électrique résistif ou un tapis chauffant. De plus, on peut également intégrer, de façon facultative, une couche d'un matériau adhésif 33 à l'interface de la structure composite 23 et de 25 la structure chauffante 30, comme illustré sur les figures 2 et 3. Par ailleurs, on peut également intégrer, de façon facultative, une couche de matériau thermiquement isolant 34 à la structure de lèvre d'entrée 30 d'air 2.

Dans le mode de réalisation de la figure 2, l'isolant thermique 34 est noyé au sein du dispositif de chauffage 30 et, plus particulièrement, placé en contact de la couche 31 électriquement conductrice. Une variante de réalisation est illustrée sur la figure 3. Cette 5 variante de réalisation est identique à la figure 2 aux différences suivantes. L'isolant thermique 34 est recouvert du dispositif de chauffage 30 et, plus particulièrement, placé en contact d'une couche 32 d'isolant électrique. De plus, la couche d'un matériau adhésif 33 est mise en place à l'interface de la structure composite 23 et de la couche électriquement 10 conductrice 31 de la structure chauffante 30, une couche d'isolant électrique 32 ayant été supprimé. Dans ces deux modes de réalisation illustrés sur les figures 2 et 3, l'ensemble isolant thermique 34 - dispositif de chauffage 30 se situe du coté de la face interne fi de la lèvre d'entrée d'air 2 et forme la peau interne de la 15 lèvre d'entrée d'air 2, la surface exposée au gaz externe givrant se trouvant contre la face libre 23c de la structure composite 23. Dans des variantes de réalisation, la structure chauffante 30 peut être intégrée c'est-à-dire noyée dans l'épaisseur de la structure composite 23. Une de ces variantes de réalisation est illustrée sur la figure 4. 20 Cette variante de réalisation est identique à la figure 3 aux différences suivantes. La structure chauffante 30 et l'isolant thermique 34 sont mis en place au coeur d'une structure composite en étant recouvert d'une structure composite 23 et 23d d'une ou plusieurs couches, respectivement du coté de la 25 face externe fe et du coté de la face interne fi. Une autre variante de réalisation est illustrée sur la figure 5. Cette variante de réalisation est identique à la figure 4 aux différences suivantes. Seule la structure chauffante 30 est mise en place au coeur d'une 30 structure composite en étant recouvert d'une structure composite 23 d'une ou plusieurs couches, respectivement du coté de la face externe fe et du coté de la face interne fi.

L'isolant thermique 34, quant à lui, forme la peau interne de la lèvre d'entrée d'air 2, la surface exposée au gaz externe givrant se trouvant contre la face libre 23c de la structure composite 23. Il est à noter que la couche adhésive 33 entre la structure 5 acoustique 23 et la structure chauffante 30 a été supprimée dans ce mode de réalisation. Par ailleurs, on peut utiliser pour les couches d'isolant thermique 34 et d'isolant électrique 32 notamment des matériaux compatibles d'une structure composite. 10 On peut, ainsi, réaliser une structure électriquement chauffante par un circuit résistif métallique encapsulé entre deux couches de fibres isolantes telles que fibres de verre ou Kevlar ®, l'ensemble étant lui-même noyé dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique compatible avec la matrice utilisée pour la structure composite 23. 15 Dans ce cas, la structure chauffante 30 présentée peut alors être disposée en face interne fi de la lèvre 2 d'entré d'air, ou bien être intégrée dans l'épaisseur de la structure composite 23, comme l'illustre plus particulièrement les figures 4 et 5. Il est à noter que les épaisseurs des différentes couches du bord 20 d'attaque 2, illustrées sur les figures 2 à 5, ne sont pas nécessairement à l'échelle. Selon les variantes de réalisation du bord d'attaque 2, on prévoit ou non, également, des moyens anti-érosion qui seront décrits plus loin. La structure composite 23 et les moyens anti-érosion, le cas 25 échéant, forment la peau externe du bord d'attaque 2. Dans les zones sensibles au givre, cette structure composite 23 est une structure formée d'une armature de renfort de fibres associée à une matrice qui assure la cohésion de la structure et la retransmission des efforts vers les fibres. 30 Avantageusement, cette matrice est renforcée par au moins un matériau dont la conductivité thermique à température ambiante est supérieure ou égale à 800 W.m-1 -K1 de manière à assurer une conductivité thermique transversale au sein de la structure de bord d'attaque. De plus, ce renfort est inerte d'un point de vue chimique par rapport aux fibres constitutives des couches de la structure composite 23,23d.

Il n'entraîne, avantageusement, aucune réaction avec les composants constituant la matrice, ni de couple galvanique avec les fibres de l'armature de la structure 23. Par ailleurs, dans une variante de réalisation, ce matériau peut également être un matériau non conducteur électriquement.

Dans un mode de réalisation préféré mais non limitatif, ce matériau est une poudre de diamant. Un renfort en matériau diamant augmente significativement la conductivité thermique transverse du matériau composite. Toutefois, dans des variantes de réalisation, ce matériau peut être 15 des nanoparticules ou nanotubes, notamment mais non exclusivement de matériau carbone. Il peut être sous forme de poudre ou sous toute autre forme de matière. Un mode de réalisation particulier de l'invention est choisi pour la 20 suite de la description, à savoir le mode de réalisation dans lequel la matrice est renforcée par de la poudre de diamant. Suivant la variante de réalisation, la structure composite 23 peut être une structure multiaxiale, monolithique, autoraidie ou sandwich, configurée pour répondre aux contraintes de rendement thermique et de tenue structurale 25 de la structure de bord d'attaque 2. Par « multiaxiale », on entend un composite comprenant des fibres dans les trois directions, de l'espace, dont des fibres de renfort la traversant dans son épaisseur, permettant de lier les couches de composites entre elles. Par « monolithique », on entend que les différents plis (c'est-à-dire 30 les couches comprenant chacune des fibres noyées dans de la résine) formant le matériau composite sont acollés les uns aux autres, sans interposition d'âme entre ces plis.

Par structure sandwich, on entend une structure composite composée de deux peaux monolithiques séparées par au moins une âme légère pouvant être réalisée, dans un exemple non limitatif, à l'aide d'une structure en nid abeille.

La structure composite 23 peut ainsi être formée par une superposition de plis unidirectionnels (UD) et/ou pluridimensionnels (2D notamment) et orientés formant une préforme. La conductivité thermique de la structure composite 23 est déterminée en fonction du taux volumique de fibres [3 et du taux volumique a 10 de poudre de diamant qui dope la matrice. Ainsi, elle peut être déterminée par la formule (1) suivante : !composite = 13 * Àfibre (1-13)* (a * Àdiamant (1-a)* Àmatrice) (1) 15 Avec À composite , À fibre, À diamant et À matrice étant définis comme les conductivités thermiques respectives de la structure composite 23, des fibres de renfort, du diamant et de la matrice (le plus souvent d'une matière plastique de type résine thermodurcissable ou thermoplastique) Dans une première variante de réalisation, le taux a de poudre de 20 diamant qui dope la matrice de la structure composite 23 est situé entre 1 et 50%, préférentiellement de 3 à 40%, préférentiellement de 3 à 10%, ceci afin de doper la structure composite et atteindre une conductivité thermique globale d'ordre de grandeur équivalente à des alliages métalliques structuraux, tout en permettant à la structure composite 23 de conserver les propriétés structurales 25 liées à la matrice. Cette gamme a pour avantage de proposer une structure composite 23 dont la conductivité thermique est améliorée tout en conservant une matrice macroscopiquement conventionnelle. Dans un exemple de réalisation, on choisit un taux volumique a 30 égale à 30% et un taux volumique de fibres 13 de 63%, en choisissant les conductivité suivantes : À -résine= 0.5 w.m-I.K4Àfibre = 0.7 et ei Adiamant = 1000 W-111-11(-1 La conductivité thermique de la structure composite 23 obtenue est, par conséquent, de 111.6 Wm-1-K_1 Cela confère donc à la structure de bord d'attaque 2 une conductivité thermique comparable à celle de certains métaux (Aluminium par exemple). Dans une seconde variante de réalisation, le taux a de poudre de diamant qui dope la matrice de la structure composite 23 est situé entre 50% à 90% et de préférence de 50 à à 70%. Ceci offre l'avantage de proposer une structure composite 23 de 10 type granulat dont la conductivité thermique est améliorée tout comme la dureté de la structure composite 23. Dès lors, cette structure composite 23 présente un comportement mécanique optimal en compression. Par ailleurs, dans un mode de réalisation, la conductivité thermique 15 est définie de manière évolutive suivant le profil de la structure de bord d'attaque 2, ceci afin de maîtriser le comportement thermique de la structure composite 23. Avantageusement, la structure composite 23 est configurée de sorte que la matrice évolue et, plus particulièrement, son dopage par le 20 matériau dont la conductivité thermique à température ambiante est supérieure ou égale à 800 W.m-1 -K1 comme la poudre de diamant évolue dans l'épaisseur de la structure composite 23. Dans une première variante de réalisation, le dopage de la matrice est supérieur dans les plis externes 23b de la structure composite 23 c'est-à25 dire les plis formant la face externe fe de la structure de bord d'attaque 2. Sur la figure 2, à tire d'illustration, ces plis 23b sont opposés à la structure chauffante 30. La matrice comprend un taux de poudre de diamant supérieure ou égal à 60% dans les plis externes 23b et un taux inférieure à 50% dans les 30 autres plis de la structure 23. Dans cette configuration, les plis travaillant en compression seront les plus chargés en diamant (avec potentiellement un comportement granulat) quand ceux travaillant en traction resteront avec une matrice plus conventionnelle. Dans une seconde variante de réalisation non exclusive de la première, le taux de fibres de renfort peut également varier dans l'épaisseur de la structure 23. Ainsi, le taux de fibres peut être plus important dans les plis externes 23b de la structure composite 23. Ce taux de fibre supérieur combiné à celui du taux de poudre de diamant inférieur à 50% dans ces mêmes plis améliore le comportement en 10 traction de la structure composite 23 et de la structure 2 de bord d'attaque. Dans une troisième variante de réalisation, certains plis externes 23b et/ou internes 23a sont sélectivement dopés en poudre de diamant de façon appropriée de manière à avoir une répartition de dopage de la résine et le taux de fibre adaptés aux contraintes mécaniques vues par la pièce nacelle. 15 Par ailleurs, concernant la poudre de diamant, tout isotope peut être utilisé. De plus, concernant la granulométrie de poudre de diamant, on peut choisir des tailles de diamants inférieures à 10pm, et préférentiellement inférieur à 5pm, et préférentiellement des grains inférieurs à 3pm. 20 On peut, également, choisir une granulométrie très fine de poudre de diamant pouvant aller jusque 0.1 pm, ce qui est faible comparé aux diamètres des filaments des fibres généralement compris entre 4 et 10 pm. Le mélange obtenu n'entrave donc pas la cohésion des fibres au sein de sa matrice de la structure composite 23. 25 Dans une variante de réalisation, la poudre de diamant introduite dans la matrice peut être constituée de grains présentant plusieurs granulométires distinctes dans le but de maximiser le taux de remplisage du granulat obtenu. Dans des réalisations préférées, on peut choisir un dopage de 30 poudre de diamant comprenant au moins 50% de grains de diamants de taille supérieure à lp et au moins 30% de grains de taille inférieure à lp, voir de 30% de grains de taille inférieurs à 0,5p.

Dans une autre variante non exclusive de celle précitée, la structure composite 23 est configurée de sorte que la granulométrie du dopage évolue dans l'épaisseur de la structure 23. On peut ainsi distribuer une granulométrie plus importante dans les 5 plis 23b externes de la structure composite 23 que dans les plis internes 23a , ceci afin de donner une concentration en diamant supérieure dans les couches externes de la structure composite 23 plus exposées à l'érosion. Par ailleurs, dans la même optique mais dans un autre mode de réalisation, on pourra également ajouter une couche à fort taux a de poudre de 10 diamant dans les plis externes 23b, ceci afin d'augmenter la tenue de la structure de bord d'attaque 2 à l'érosion. On s'affranchit, de plus, de tout revêtement de surface supplémentaire pour répondre à ces contraintes d'érosion. Bien évidemment, on peut prévoir, en outre, une ou plusieurs 15 autres structure composite 23 dans la structure de bord d'attaque 2. Par ailleurs, dans un second mode de réalisation illustré sur la figure 5 de structure de bord d'attaque 2, on peut prévoir une seconde structure composite 23d, cette structure étant intercalée entre la structure chauffante 30 et la couche de matériau thermiquement isolant 20. 20 Selon la variante de réalisation choisie, les fibres de l'armature sont des fibres de carbone, mais il est également possible d'utiliser des fibres de verre ou du Kevlar ® (Aramide) ou tout autre type de fibres selon le but recherché. A partir d'un certain niveau de conductivité de la matrice (résine) de 25 la structure composite 23 obtenue grâce à la présente invention, la conductivité générale de la structure composite 23 sera peu modifiée par la conductivité thermique des fibres utilisées. Concernant la matrice, de nombreuses matrices peuvent être utilisées telle qu'une matrice organique ou autre. 30 Elle peut être formée notamment en résine thermodurcissable telle que résine époxy, bismaléïde-imide, polyimide, phénolique, ou thermoplastique PPS (Poly(sulfure de phénylène)), PEEK (Polyétheréthercétone), PEKK (Polyéthercétone), etc. Par ailleurs, la nature du matériau constituant la matrice peut être différente selon le pli de la structure composite 23 considéré et sa position dans l'épaisseur de la structure 23 pourvu que la compatibilité des résines entre elles soit respectée. Par ailleurs, si les éléments électriques chauffants 30 de la protection contre le givre sont encapsulés dans une enveloppe isolante (silicone ou autre), la substance constitutive de cette enveloppe pourra 10 avantageusement être dopée également par un matériau dont la conductivité thermique est supérieure ou égale à 800 W.m-1.K1 comme de la poudre de diamant, pour en augmenter la conductivité. Dans une variante de réalisation non exclusive de la première, le ou les matériaux adhésifs utilisés dans l'assemblage de la lèvre 2 et, en 15 particulier, le matériau 33 adhésif utilisé dans l'assemblage de la structure composite 23 et de la structure chauffante 30 peut être dopé de façon similaire également. Grâce à la présente invention, on utilise les caractéristiques de conduction thermique du diamant de la structure composite, combinée à celles 20 de l'âme chauffante 30, afin de satisfaire aux exigences du dégivrage notamment électrique et/ou de l'antigivrage et de réduire la différence de température entre les peaux interne fi et externe fe de la lèvre 2. Le taux de diamant dans l'épaisseur de la structure composite 23 est défini de manière à assurer une conductivité thermique transversale et est 25 adapté pour dissiper l'énergie de l'âme chauffante 30 à travers l'épaisseur de la structure composite 23. Les propriétés thermiques et mécaniques de la structure de bord d'attaque 2 sont significativement renforcées par la présence de diamant de manière évolutive dans l'épaisseur de la structure composite 23. 30 On assure ainsi une conductivité évolutive dans l'épaisseur de la structure composite 23.

Avec une telle structure de bord d'attaque 2, on obtient la température nécessaire pour assurer un dégivrage et/ou antigivrage sans dépasser localement la température de transition vitreuse de la structure composite 23, tout en restant compatible des épaisseurs nécessaires à la problématique structurale d'une lèvre d'entrée d'air 2. Touts ces avantages sont, également, obtenus avec un dopage par d'autres matériaux que le diamant ayant une conductivité thermique supérieure ou égale à 800 Wm-1.K1. La réalisation d'une structure 2 de bord d'attaque comprenant une 10 ou plusieurs structure composites 23 telle que précitée peut être assurée par des procédés de fabrication variés. Ainsi, dans un mode de réalisation, on prévoit un procédé de fabrication de la structure composite 23 dans lequel on injecte, par un procédé de moulage par injection de type RTM (Resin Transfer Moulding en termes 15 anglo-saxons), le mélange matrice-poudre de diamant, préalablement réalisé, dans un moule contenant l'armature fibreuse. Dans une variante de réalisation, le procédé de fabrication est un procédé d'infusion de type RFI (Resin Film infusion en termes anglo-saxons) dans lequel le mélange matrice-poudre de diamant se diffuse dans une 20 préforme fibreuse sous la pression exercée par une vessie flexible dans la direction transverse au plan de la préforme. Dans une autre variante de réalisation, le procédé de fabrication est un procédé de drapage de fibres pré imprégnées dans lequel on associe aux fibres sèches le mélange matrice-poudre de diamant puis on polymérise 25 l'ensemble dans une étape ultérieure sous vide et ou en autoclave. Dans une autre variante de réalisation, on associera, un film de matrice-poudre calandré ayant un taux plus ou moins élevé en poudre, pour une ou plusieurs couches et notamment, la couche de surface externe 23b, la couche interface entre la structure monolithique 23 et la structure de l'élément 30 chauffant 31, et un ensemble de couches de tissus pré-imprégnés pour réaliser la structure composites 23 .

Dans une autre variante de réalisation, la couche de surface 23b est une couche de matrice thermoplastique dopée à la poudre de diamant et la structure monolithique 23 est réalisée selon un procédé d'infusion ou de transfert de résine thermodurcissable. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, et toutes autres variantes de structures en matériaux composites dopées par de la poudre de diamant pourraient être envisagées.

10 En particulier elle peut être utilisé avec un principe de protection contre le givre autre qu'électrique à partir du moment où la température de fonctionnement est compatible du matériau utilisé. Par ailleurs, quelle qu'en soit la concentration du dopage, on améliore et accélère potentiellement la cuisson des matériaux composites en 15 accroissant la conductivité thermique de leur résine (température plus homogène dans le matériau, diffusion plus rapide). Il est également possible d'utiliser la poudre de diamant avec des matrices métalliques déjà conductrice (titane par exemple) dont on voudrait encore accroitre la conductivité thermique à condition que les températures de 20 fusion et d'eutectique de ces alliages ainsi que le mode de fusion (sous vide par exemple ) préserve l'intégrité chimique et/ou cristalline de la poudre de diamant à dissoudre. L'invention n'est pas limitée, en outre, aux structures de bord d'attaque, notamment de lèvre d'entrée d'air d'aéronef mais englobe tout 25 élément constitutif d'une nacelle d'aéronef comprenant au moins une structure composite associée à un élément chauffant.

Claims

REVENDICATIONS1. Elément (2) constitutif d'une nacelle d'aéronef formé d'au moins une structure composite (23) et d'un élément chauffant (30) et comprenant des moyens de protection contre le givre caractérisé en ce que la structure composite (23) est à matrice renforcée par au moins un matériau dont la conductivité thermique à température ambiante est supérieure ou égale à 800 Wm-1-K-1 de manière à assurer une conductivité thermique transversale au sein de l'élément de nacelle (1).
2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure composite (23) est à matrice renforcée par au moins une poudre de diamant de manière à assurer une conductivité thermique transversale au sein de l'élément de nacelle (1).
3. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure composite (23) est à matrice renforcée par au moins des nanoparticules ou nanotubes de manière à assurer une conductivité thermique transversale au sein de l'élément de nacelle (1).
4. Elément selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le taux a de matériau qui dope la matrice de la structure composite (23) est situé entre 1 et 50%.
5. Elément selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le taux a de matériau qui dope la matrice de la structure composite (23) est situé entre 50% et 90%.
6. Elément selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la structure composite (23) est configurée de sorte que le dopage en matériau de la matrice de ladite structure (23) évolue dans l'épaisseur de ladite structure (23).
7. Elément selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dopage en matériau de la matrice de ladite structure (23) est supérieur dans des plis externes (23b) de la structure composite (23) formant la face externe de l'élément.
8. Elément (2) selon la revendication 6, caractérisé en ce que seule la matrice de certains plis de la structure composite (23) est sélectivement dopée en matériau.
9. Elément selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la structure composite (23) est configurée de sorte que la granulométrie du matériau dopant la matrice de ladite structure (23) évolue dans l'épaisseur de ladite structure (23).
10. Elément (2) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la structure composite (23) présente une densité de fibres variable dans l'épaisseur de ladite structure (23).
11. Elément (2) selon l'une des revendications 1 à 1 0, caractérisée en ce qu'il comprend, en outre, un matériau d'assemblage (33) entre la structure composite (23) et l'élément chauffant (30), ce matériau d'assemblage étant renforcé par au moins un matériau dont la conductivité thermique à température ambiante est supérieure ou égale à 800 W-m-1-K-1 de manière à assurer une conductivité thermique transversale au sein de l'élément de nacelle (1).
12. Elément (2) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'il comprend, en outre, un isolant thermique (34) noyé dans l'élément chauffant (30) ou recouvert par l'élément chauffant (30) ou séparés de l'élément chauffant par une structure (23d) de plis composites.
13. Structure de bord d'attaque (1) notamment pour entrée d'air de nacelle d'aéronef, comprenant un bord d'attaque (2) et une cloison intérieure (3) définissant un compartiment longitudinal (5) à l'intérieur de cebord d'attaque (2) logeant des moyens de dégivrage, et/ou d'antigivrage, le bord d'attaque (2) étant formé d'au moins une structure composite (23) et d'un élément chauffant (30) dans laquelle le bord d'attaque est formé d'un élément selon l'une des revendications 1 à 12.
14. Structure selon la revendication 13, caractérisée en ce que la structure composite (23) forme la peau externe du bord d'attaque (2).
15. Entrée d'air, caractérisée en ce qu'elle comprend une 10 structure de bord d'attaque (1) conforme à l'une quelconque des revendications 13 à 14.