FR3045567A1 - Dispositif de degivrage d'une pale d'helice, pale d'helice munie d'un tel dispositif, helice, turbomachine et aeronef - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de dégivrage d'au moins une portion de surface (8) d'une pale (1) d'hélice susceptible d'être recouverte d'une couche de glace, ledit dispositif comprenant : - au moins un premier dispositif chauffant adapté pour permettre le décollement d'au moins une partie de ladite couche de glace, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - au moins un deuxième dispositif chauffant comprenant des éléments chauffants s'étendant en regard d'une partie seulement de ladite portion de surface de façon à y circonscrire des zones à contours fermés de ladite portion de surface, et en ce que les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant sont adaptés pour entraîner une rupture de la glace selon ladite épaisseur de ladite couche de glace, et en ce que le premier dispositif chauffant s'étend au moins en partie en regard de l'intérieur desdites zones à contours fermés.
Description
DISPOSITIF DE DÉGIVRAGE D’UNE PALE D’HÉLICE, PALE D’HÉLICE MUNIE D’UN TEL DISPOSITIF, HÉLICE, TURBOMACHINE ET AÉRONEF L'invention concerne un dispositif de dégivrage d’une pale d’hélice. Elle s’étend à une pale d’hélice munie d’un tel dispositif de dégivrage. Elle concerne également une turbomachine comprenant une telle pale et un aéronef et une éolienne comprenant une telle turbomachine.
Au sol, en cas de conditions météorologiques favorables à la formation de givre, ou en vol, de la glace est susceptible de s’accumuler en surface des pales d’une hélice d’un aéronef par exemple. L’accumulation de cette glace sur un aéronef, en particulier en surface des pales d’une hélice, entraîne une dégradation importante du rendement de l’hélice. En outre, même lorsqu’elle n’entraîne pas l’immobilisation totale de l’aéronef, l’accumulation de glace pose de nombreux problèmes en termes de masse, de répartition massique ou encore de perturbation des éléments de mesure. L’accumulation de glace en surface des pales d’une hélice, qu’elle soit à l’arrêt ou en fonctionnement, est également susceptible de poser de nombreux problèmes liés au dimensionnement de celle-ci et à son efficacité.
De nombreux dispositifs de dégivrage mettant en œuvre une circulation d’air chaud sous la surface ou encore des résistances électriques réparties au contact de la surface de différentes parties d’un aéronef ou d’une éolienne ont déjà été proposés afin de faire fondre la glace et/ou d’éviter sa formation et son accumulation. On connaît également des dispositifs gonflables pneumatiques dont l’activation périodique permet la rupture du givre accumulé en surface de différentes parties d’un aéronef ou d’une éolienne.
Cependant, bien que permettant l’élimination de la glace avec plus ou moins d’efficacité, les dispositifs selon l’état de la technique entraînent généralement la formation de débris de glace de taille importante et non contrôlée susceptibles d’endommager d’autres parties de l’aéronef ou de l’éolienne. L’éjection de tels morceaux de glace est d’autant plus dangereuse en ce qui concerne des pales d’hélice en fonctionnement puisque les morceaux de glace sont alors projetés sous l’effet de la force centrifuge. L’inventeur a déterminé qu’il serait souhaitable de pouvoir éliminer cette glace tout en étant capable de contrôler la taille et la trajectoire des morceaux de glace évacués afin d’éviter qu’ils n’endommagent l’aéronef lui-même ou tout autre élément ou qu’ils ne blessent toute personne se situant sur leur trajectoire. L'invention vise donc à proposer un dispositif de dégivrage permettant de pallier les inconvénients des dispositifs de dégivrage connus. L'invention vise en particulier à proposer un dispositif de dégivrage d’une pale d’hélice permettant : - de prévenir l’accumulation du givre en surface externe d’une pale d’hélice d’un aéronef ou d’une éolienne, - de contrôler la taille et la forme des morceaux de glace se détachant de la surface d’une pale d’hélice, - de diminuer la taille et la masse des protections contre les débris de glace prévues sur la surface externe d’un aéronef, et par conséquent de permettre une diminution de la masse totale d’un aéronef, - d’harmoniser la répartition de la glace située en surface d’une pale ainsi qu’entre les différentes pales d’un moteur d’aéronef, et par conséquent de minimiser tout déséquilibre massique susceptible d’entraîner des vibrations.
Dans tout le texte, on désigne par « glace » ou « givre », l’eau sous forme solide (ou tout mélange comprenant de l’eau sous forme solide) susceptible de s’accumuler sur une surface aérodynamique telle que le fuselage, la voilure ou toute autre surface externe d’un aéronef ou d’une éolienne.
Dans tout le texte, on désigne par « dégivrage », l’action d’élimination du givre ou de la glace d’une surface aérodynamique mais également l’action qui consiste à empêcher la formation (« anti-givrage ») et/ou l’accumulation du givre ou de la glace sur une surface aérodynamique telle qu’une pale d’hélice d’un aéronef ou d’une éolienne.
Dans tout le texte, on désigne de façon traditionnelle par « extrados » l’une des deux faces principales d’une pale adaptée pour créer une aspiration de la pale par l’air circulant le long de l’extrados, du bord d’attaque vers le bord de fuite de la pale. De même, on désigne par « intrados » la face principale opposée à l’extrados adaptée pour créer une poussée de la pale par l’air circulant le long de l’intrados, du bord d’attaque vers le bord de fuite de la pale.
En outre, dans tout le texte on désigne par « pied » de pale, une extrémité de la pale située du côté de l’attache de cette dernière avec un moyeu, et par « extrémité libre » l’extrémité de la pale située à l’opposé du pied de pale.
Dans tout le texte on désigne par « corde » une direction passant par le bord d’attaque et le bord de fuite de la pale. De même on désigne par « longitudinale » une direction sensiblement parallèle à une droite reliant le pied de pale à l’extrémité libre de la pale. L’« envergure » de la pale représente la distance maximale entre le pied de pale et l’extrémité libre de la pale. De plus, on désigne par « épaisseur » la distance minimale en tout point entre l’extrados et l’intrados.
Dans tout le texte, l’avant et l’arrière sont définis par rapport aux bords d’attaque et de fuite de la pale : un élément situé à l’avant est du côté du bord d’attaque et un élément vers l’arrière est situé du côté du bord de fuite. L'invention concerne donc un dispositif de dégivrage d’au moins une portion de surface d’une pale d’hélice susceptible d’être recouverte d’une couche de glace, ledit dispositif comprenant : au moins un premier dispositif chauffant adapté pour permettre le décollement d’au moins une partie de ladite couche de glace au contact de ladite portion de surface de la pale d’hélice, caractérisé en ce qu’il comprend en outre : au moins un deuxième dispositif chauffant comprenant des éléments chauffants s’étendant en regard d’une partie seulement de ladite portion de surface de façon à y circonscrire des zones à contours fermés de ladite portion de surface, et en ce que : les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant sont adaptés pour entraîner une rupture de la glace selon ladite épaisseur de ladite couche de glace, le premier dispositif chauffant s’étend au moins en partie en regard de l’intérieur desdites zones à contours fermés dudit deuxième dispositif chauffant.
Les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant sont adaptés pour entraîner une fragilisation de l’adhérence de la glace sur ladite portion de surface, de façon à entraîner une rupture de la glace selon ladite épaisseur de ladite couche de glace en permettant de détacher la glace de ladite portion de surface, le long de chaque élément chauffant du deuxième dispositif, en particulier sous l’action de la force centrifuge lors de la rotation des pales de l’hélice. En effet, en augmentant localement la température, c’est-à-dire le long de chaque élément chauffant du deuxième dispositif, et ce, sans avoir besoin de faire fondre la glace dans son épaisseur, on affaiblit la liaison entre la glace et ladite portion de surface de la pale d’hélice.
De façon surprenante, l’inventeur a constaté qu’en combinant le deuxième dispositif chauffant délimitant des zones à contours fermés, avec un premier dispositif chauffant s’étendant à l’intérieur de chacune desdites zones à contours fermés du deuxième dispositif chauffant, on élimine efficacement la glace accumulée sur une pale d’hélice tout en maîtrisant la taille et la masse de chacun des débris de glace formés. En effet, d’une part, le deuxième élément chauffant définit des contours de rupture de la glace dans son épaisseur, et, d’autre part, les éléments chauffants du premier dispositif chauffant répartis au sein de chaque zone à contours fermés du deuxième dispositif chauffant affaiblissent la liaison entre la glace et ladite portion de surface de la pale d’hélice, ce qui suffit pour permettre la rupture et le décollement de morceaux de glace dont la taille n’excède pas la taille des zones à contours fermés définies par ledit deuxième dispositif chauffant, sous l’effet de la force centrifuge lors de la rotation des pales de l’hélice.
Les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant permettent, par effet Joule, d’augmenter la température de la glace susceptible de s’être accumulée sur ladite portion de surface, et en particulier d’augmenter la température de la glace qui se situe à l’interface entre ladite portion de surface et la glace, de façon à affaiblir l’épaisseur de la glace en regard de chacun des éléments chauffants dudit deuxième dispositif chauffant. Les éléments chauffants se présentent avantageusement sous une forme allongée et présentent une section réduite (c’est-à-dire une épaisseur et une largeur de tailles réduites par rapport à leur longueur). Avantageusement et selon l'invention, les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant sont filiformes (ou encore linéiformes).
Le premier dispositif chauffant et le deuxième dispositif chauffant peuvent être distincts et superposés l’un au-dessus de l’autre (le premier dispositif chauffant étant disposé au-dessus du deuxième dispositif chauffant ou inversement) par exemple sur ladite portion de surface de la pale ou faire partie d’un même réseau d’éléments chauffants connectés entre eux et être compris par exemple dans une même couche unique formant ledit dispositif de dégivrage.
Le premier dispositif chauffant s’étend donc à l’intérieur ou au moins à l’aplomb des zones à contours fermées circonscrites par les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant, c’est-à-dire que le premier dispositif chauffant se situe dans un volume issu d’une projection de la zone à contours fermés et dont la génératrice est la normale à ladite portion de surface (dans un cylindre virtuel par exemple, dans le cas où ladite zone à contours fermés présente une forme circulaire).
Les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant peuvent s’étendre sur ladite portion de surface de façon à définir des zones à contours fermés présentant tout type de forme, régulière ou irrégulière, avec des portions droites et/ou des portions courbes. En particulier, avantageusement et selon l'invention, lesdits éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant s’étendent selon un motif choisi dans le groupe formé des polygones et des courbes fermées. Plus particulièrement, avantageusement et selon l'invention, lesdits éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant s’étendent selon un motif choisi dans le groupe formé des polygones convexes. Les éléments chauffants s’étendant sur ladite portion de surface définissent par exemple des zones à contours fermés en forme de triangle, de carré, de pentagone, d’hexagone, d’octogone ... Dans une autre variante de réalisation d’un dispositif selon l’invention, les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant s’étendent selon un motif choisi dans le groupe formé des cercles et des ellipses.
En particulier, avantageusement et selon l'invention, lesdits éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant s’étendent selon un motif identique, chaque zone à contours fermés dudit deuxième dispositif chauffant représentant ledit motif. Le deuxième dispositif chauffant peut par exemple être formé d’éléments chauffants s’étendant de façon à représenter des carrés ou encore des hexagones de mêmes tailles (mêmes côtés) disposés les uns à côté des autres ou encore en représentant des cercles de mêmes diamètres.
En outre, avantageusement et selon l'invention, les zones à contours fermés dudit deuxième dispositif chauffant sont adjacentes les unes aux autres et séparées entre elles au moins par lesdits éléments chauffants, chaque élément chauffant séparant au moins deux zones à contours fermés. Le deuxième dispositif chauffant peut par exemple être formé d’éléments chauffants s’étendant de façon à représenter des carrés de même taille (mêmes côtés) adjacents les uns aux autres (par chacun de leurs côtés) ou encore en représentant des cercles de mêmes diamètres également adjacents les uns aux autres.
Chaque motif formé par les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant étant disposé de façon adjacente entre eux, ils forment ce que l’on peut appeler un maillage ou un réseau d’éléments chauffants reliés électriquement entre eux. Avantageusement et selon l'invention, lesdits éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant sont des résistances électriques et s’étendent sous la forme d’au moins un maillage de résistances électriques, dit deuxième maillage chauffant, comprenant des mailles, chaque maille dudit deuxième maillage chauffant délimitant une zone à contours fermés.
Le premier dispositif chauffant peut se présenter sous la forme d’une feuille ou d’un film mince chauffant (par exemple un film en matériau polymère au sein duquel s’étend des éléments métalliques ou encore des fibres de carbone par exemple ou comprendre des éléments chauffants répartis sur ladite portion de surface d’une pale d’hélice. Dans une variante de réalisation selon l’invention, le premier dispositif chauffant est, au moins en partie, formé d’un film mince chauffant. Dans une autre variante de réalisation selon l’invention, le premier dispositif chauffant comprend également des éléments chauffants répartis sur ladite portion de surface d’une pale d’hélice et permettant, par effet Joule, d’augmenter la température de la glace susceptible de s’être accumulée sur ladite portion de surface, et en particulier d’augmenter la température de la glace qui se situe à l’interface entre ladite portion de surface et la glace. Les éléments chauffants du premier dispositif chauffant se présentent avantageusement sous une forme allongée et présentent une section réduite (c’est-à-dire une épaisseur et une largeur de tailles réduites par rapport à leur longueur). Avantageusement et selon l'invention, les éléments chauffants du premier dispositif chauffant sont filiformes (ou encore linéiformes). Les éléments chauffants du premier dispositif chauffant s’étendent sur ladite portion de surface et à l’intérieur de chacune des zones à contours fermés délimitées par ledit deuxième dispositif chauffant de façon à éviter que la glace -dont les contours vont se rompre selon les motifs formés par les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant- n’adhère à la portion de surface située à l’intérieur de chacune de ces zones à contours fermés et n’empêche son départ de la surface de la pale d’hélice. Les éléments chauffants du premier dispositif chauffant peuvent s’étendre sur ladite portion de surface en formant tout motif tel que des polygones et des courbes fermées, comme pour les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant, ou encore en formant des zigzags à la façon d’un serpentin.
Avantageusement et selon l'invention, lesdits éléments chauffants du premier dispositif chauffant et/ou du deuxième dispositif chauffant s’étendent selon un motif identique ou variable. Il peut par exemple s’agir d’un même motif répété périodiquement sur les portions de surface planes de la pale et dont les contours peuvent être différents et adaptés à la géométrie de la surface de la pale au niveau des zones courbes de la pale (bord d’attaque, pied de pale...).
Avantageusement et selon l'invention, chaque zone à contours fermés occupe une surface prédéterminée et ledit premier dispositif chauffant se présente sous la forme d’au moins un maillage de résistances électriques, dit premier maillage chauffant, comprenant des mailles présentant chacune une surface inférieure à la surface de chacune des zones à contours fermés dudit deuxième dispositif chauffant.
En particulier, avantageusement et selon l'invention, il est possible de contrôler la puissance électrique au sein du premier dispositif chauffant et du deuxième dispositif chauffant, notamment en faisant varier l’intensité électrique, la résistance des éléments chauffants (notamment par la variation de la section et/ou de la longueur des résistances) et le taux de couverture du premier dispositif chauffant et du deuxième dispositif chauffant.
Avantageusement et selon l'invention, ledit deuxième dispositif chauffant comprend une alimentation électrique des éléments chauffants selon une puissance électrique, ledit premier dispositif chauffant comprend une alimentation électrique du premier maillage chauffant selon une puissance électrique, la puissance électrique dissipée par unité de surface du deuxième maillage chauffant étant supérieure à la puissance électrique dissipée par unité de surface du premier maillage chauffant. Ainsi, le chauffage procuré par le deuxième maillage chauffant est localement plus fort que le chauffage procuré par le premier maillage chauffant, ce qui permet d’affaiblir de façon plus importante la liaison entre la glace et la portion de surface de la pale selon les contours desdites zones à contours fermés définis par le deuxième maillage chauffant.
Dans une variante de réalisation d’un dispositif de dégivrage selon l’invention, la densité de courant dans le maillage conducteur peut varier, sur ladite portion de surface, entre le pied de pale et l’extrémité libre de la pale ainsi qu’entre le bord d’attaque et le bord de fuite de la pale. Il est par exemple possible de faire en sorte que la densité de courant, dans l’un uniquement ou dans chacun des deux maillages chauffants, augmente en direction du pied de pale et/ou du bord de fuite. Dans une variante de réalisation, avantageusement et selon l'invention, la puissance électrique dissipée par le premier dispositif chauffant et/ou le deuxième dispositif chauffant varie en fonction de la distance entre les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant et le pied de pale. Dans une variante de réalisation, avantageusement et selon l'invention, la puissance électrique dissipée par le premier dispositif chauffant et/ou le deuxième dispositif chauffant varie en fonction de la distance entre les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant et le bord d’attaque.
Avantageusement, dans une pale d’hélice selon l’invention, ledit premier dispositif chauffant comprend une alimentation électrique des éléments chauffants selon une puissance électrique d’alimentation variant en fonction de leur distance avec le pied de pale, en particulier de façon à ce que la puissance dissipée par unité de surface augmente en direction du pied de pale, où la force centrifuge est moins importante qu’en bout de pale.
Avantageusement, dans une pale d’hélice selon l’invention, ledit premier dispositif chauffant comprend une alimentation électrique des éléments chauffants selon une puissance électrique d’alimentation variant en fonction de leur distance avec le bord d’attaque, en particulier de façon à ce que la puissance dissipée par unité de surface augmente en direction du bord d’attaque. L’épaisseur des éléments chauffants du premier dispositif chauffant et du deuxième dispositif chauffant peut varier ou être constante sur toute ladite portion de surface. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux d’un dispositif de dégivrage selon l'invention, les éléments chauffants du premier dispositif chauffant et/ou les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant s’étendent dans au moins un logement ménagé en creux dans ladite portion de surface, de telle sorte que la surface de la pale est dénuée de surépaisseur. Dans une variante de réalisation particulièrement avantageuse d’un dispositif de dégivrage selon l'invention, ledit logement peut correspondre sensiblement exactement à la portion de surface sur laquelle s’étend le dispositif de dégivrage (par exemple si celui-ci est uniquement installé dans une zone du bord d’attaque d’une pale). Dans une variante de réalisation d’un dispositif de dégivrage selon l'invention, des logements ménagés dans ladite portion de surface pourraient également former un réseau de canaux reprenant, sous une forme conjuguée (en creux) les motifs des éléments chauffants du premier dispositif chauffant et/ou du deuxième dispositif chauffant. Dans une autre variante de réalisation d’un dispositif de dégivrage selon l'invention, les éléments chauffants du premier dispositif chauffant et/ou les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant s’étendent en saillie de l’épaisseur de ladite portion de surface. Dans chacune de ces variantes, les éléments chauffants peuvent être recouverts d’un film protecteur les protégeant des chocs et permettant de réaliser une portion de surface sensiblement lisse, c’est-à-dire dénuée d’aspérités. Encore dans une autre variante de réalisation d’un dispositif de dégivrage selon l'invention, les éléments chauffants du premier dispositif chauffant et/ou les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant s’étendent sous ladite portion de surface, dans la structure interne de la pale mais de façon à pouvoir transmettre la chaleur à la face externe de la pale. D’autre part, les deux maillages peuvent être distincts et être superposés l’un sur l’autre, chacun des deux maillages ayant la même épaisseur ou non. Les deux maillages peuvent également être formés dans une même couche présentant une épaisseur constante, la section des éléments chauffants du premier et du deuxième maillage chauffant pouvant varier de façon à faire varier la puissance électrique dissipée par chacun des deux maillages (le courant étant plus important dans un élément de section plus importante et l’effet Joule étant alors également plus important).
Un film mince protecteur et isolant électrique peut également être disposé au-dessus des dispositifs chauffants et sous les dispositifs chauffants. Il peut par exemple s’agit d’un film en Néoprène ou tout autre matériau polymère ou élastomère comprenant éventuellement des fibres telles que des fibres de verre. L'invention s'étend à une pale d’hélice comprenant au moins un dispositif de dégivrage selon l’invention.
Les éléments chauffants du dispositif de dégivrage peuvent s’étendre sur toute ou partie de la surface externe de la pale d’hélice. Toutefois, compte tenu de la force centrifuge subie par la glace susceptible de s’être accumulée en surface de la pale, la portion proximale de la pale et la portion de la pale disposée du côté du bord d’attaque sont les portions sur lesquelles la glace est la plus difficile à éliminer. Avantageusement et selon l'invention, le dispositif de dégivrage est installé de sorte que les éléments chauffants du premier et du deuxième dispositif chauffant sont disposés au niveau du bord d’attaque de la pale et en particulier dans une zone proximale de ladite pale. En particulier, avantageusement et selon l’invention, les éléments chauffants s’étendent du pied de la pale au moins jusqu’à 25% de la longueur totale de la pale, et en particulier au moins jusqu’à 40% de la longueur totale de la pale. L’invention s’étend également à une hélice de turbomachine comprenant au moins une pale selon l’invention. L’invention s’étend également à une turbomachine comprenant au moins une telle hélice. L’invention s’étend en outre à un aéronef comprenant au moins une telle turbomachine. L'invention concerne aussi un dispositif, une hélice de turbomachine, une turbomachine et un aéronef caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaissent à la lecture de la description suivante d'un de ses modes de réalisation préférentielle donnée à titre d'exemple non limitatif, et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une pale d’hélice équipée d’un dispositif de dégivrage selon l'invention, - la figure 2a est une vue schématique d’un premier dispositif chauffant d’un dispositif de dégivrage selon l'invention, - la figure 2b est une vue schématique d’un deuxième dispositif chauffant d’un dispositif de dégivrage selon l'invention, - la figure 2c est une vue schématique d’un premier dispositif chauffant et d’un deuxième dispositif chauffant d’un dispositif de dégivrage selon l'invention, - la figure 3a est une vue schématique d’un premier dispositif chauffant et d’un deuxième dispositif chauffant d’un dispositif de dégivrage selon l'invention, - la figure 3b est une vue schématique d’un premier dispositif chauffant et d’un deuxième dispositif chauffant d’un dispositif de dégivrage selon l'invention.
Une pale 1 d’hélice selon l’invention représentée à la figure 1 est une pale 1 d’hélice de turbopropulseur d’avion. La pale 1 d’hélice s’étend selon une direction longitudinale, depuis une extrémité proximale, c’est-à-dire depuis le pied 4 de la pale, jusqu’à une extrémité distale 5.
Malgré la force centrifuge subie par la glace qui s’accumule en surface de la pale, la portion la plus proche du pied de la pale et qui est disposée du côté du bord d’attaque de la pale est la portion sur laquelle la glace est la plus difficile à éliminer car la force centrifuge y est la plus faible. Ainsi, sur la pale 1 d’hélice représentée à la figure 1, le dispositif de dégivrage est disposé de sorte que les éléments chauffants du premier et du deuxième dispositif chauffant sont disposés uniquement au niveau du bord d’attaque de la pale et en particulier proche du pied de pale sur une portion de surface 8 de la pale d’hélice.
Le dispositif de dégivrage comprend un premier dispositif chauffant adapté pour permettre le décollement d’au moins une partie de ladite couche de glace au contact de ladite portion de surface 8 de la pale d’hélice. Le dispositif de dégivrage comprend également un deuxième dispositif chauffant comprenant des éléments chauffants s’étendant sur une partie seulement de ladite portion de surface de façon à y circonscrire des zones à contours fermés de ladite portion de surface, les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant étant adaptés pour entraîner une rupture de la glace selon l’épaisseur de la couche de glace lorsque la pale est en rotation autour du moyeu d’une hélice. Le premier dispositif chauffant s’étend au moins en partie à l’intérieur desdites zones à contours fermés dudit deuxième dispositif chauffant.
Les éléments chauffants sont par exemple formés d’au moins un matériau choisi parmi les matériaux électriquement conducteurs, en particulier les matériaux métalliques tels que le cuivre, l’acier ou l’aluminium, les fibres de carbone ou tout autre matériau composite comprenant des charges électriquement conductrices par exemple sous forme de nanotubes ou de nanoparticules...
Sur la figure 1, la zone 6 de la pale représente une portion de la portion de surface 8 de la pale dont on a ôté la couche protectrice externe permettant de visualiser les éléments chauffants du premier dispositif chauffant et du deuxième dispositif chauffant.
Dans une première variante de réalisation (figures 2a à 2c), le premier dispositif chauffant et le deuxième dispositif chauffant sont formés d’un maillage de résistances électriques, le premier et le deuxième maillage étant électriquement isolés entre eux. La figure 2a est une vue schématique d’une partie du premier dispositif chauffant dont les éléments chauffants sont formés de différentes résistances 21 disposées en parallèle. Les résistances 21 du premier dispositif chauffant sont reliées à une source d’alimentation électrique par une liaison électrique 22. La figure 2b est une vue schématique d’une partie du deuxième dispositif chauffant dont les éléments chauffants sont formés de différentes résistances 26 formant un maillage résistif, chaque maille présentant un motif carré. Chaque maille du deuxième dispositif chauffant définit une zone 25 à contours fermés. Les résistances 26 du deuxième dispositif chauffant sont reliées à une source d’alimentation électrique par une liaison électrique 27, la source d’alimentation électrique pouvant être ou non la même pour le premier dispositif chauffant et le deuxième dispositif chauffant. Un film mince formé en matériau électriquement isolant (non représenté sur les figures) est disposé entre le premier maillage et le deuxième maillage. Il s’agit en particulier d’un film ou d’un tissu en polymère ou en matériau élastomère, par exemple en Néoprène, comprenant éventuellement des fibres à titre de renfort telles que des fibres de verre. Un tel film peut également être disposé au-dessus du deuxième dispositif chauffant de façon à protéger la surface et les deux dispositifs chauffants des chocs sans isoler thermiquement. Un tel film peut également être disposé sous les premier et deuxième dispositifs chauffants de façon à isoler électriquement la surface de la pale des premier et deuxième dispositifs chauffants. On peut donc utiliser trois films isolants distincts, l’un sous le premier dispositif chauffant, le deuxième entre le premier dispositif chauffant et le deuxième dispositif chauffant et le troisième au-dessus du deuxième dispositif chauffant.
Sur la figure 2c, les deux maillages, celui formant le premier dispositif chauffant et celui formant le deuxième dispositif chauffant sont superposés en vue d’être disposés au contact de la surface de la pale 1, le deuxième dispositif chauffant étant disposé au-dessus du premier dispositif chauffant. Il est bien sûr également possible, lorsque les deux dispositifs chauffants sont distincts, que le premier dispositif chauffant soit disposé au-dessus du deuxième dispositif chauffant. Le premier dispositif chauffant et le deuxième dispositif chauffant sont isolés électriquement l’un de l’autre, par exemple par un mince film isolant et transparent. Les résistances 21 du premier dispositif chauffant et les résistances 26 du deuxième dispositif chauffant sont reliées à une même source d’alimentation électrique par une liaison électrique 24.
La puissance moyenne dissipée par unité de surface du premier dispositif chauffant peut par exemple être comprise entre 5kW/m et 50kW/m et la puissance moyenne dissipée par unité de surface du deuxième dispositif chauffant peut par exemple être comprise entre lOkW/m et 500kW/m . La puissance moyenne dissipée par unité de surface du premier dispositif chauffant est par exemple de lOkW/m et la puissance moyenne dissipée par unité de surface 2 du deuxième dispositif chauffant est par exemple de lOOkW/m .
Dans une deuxième variante de réalisation (figures 3 a et 3b), le premier dispositif chauffant et le deuxième dispositif chauffant sont formés d’un maillage de résistances électriques, le premier et le deuxième maillage sont électriquement connectés entre eux. La figure 3a est une vue schématique d’une maille du deuxième dispositif chauffant à l’intérieur de laquelle sont disposés des éléments chauffants du premier dispositif chauffant. La figure 3b est une vue schématique de plusieurs mailles du deuxième dispositif chauffant dont les éléments chauffants sont formés de différentes résistances 36 formant un maillage résistif, chaque maille présentant un motif carré. Les résistances 36 du deuxième dispositif chauffant forment un réseau résistif, chaque maille étant de forme sensiblement carrée et adjacente par chacun de ses côtés à une autre maille voisine.
Les éléments chauffants du premier dispositif chauffant sont formés de différentes résistances 31 disposées en parallèle au sein de chaque zone à contours fermés définie par les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant. Les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant sont formés de différentes résistances 36 de largeur plus importante que les résistances 31 du premier dispositif chauffant. L’épaisseur des résistances 31 et 36 du premier dispositif chauffant et du deuxième dispositif chauffant est constante et identique sur toute la portion de surface de la pale sur laquelle le dispositif de dégivrage est installé. Les résistances 31 du premier dispositif chauffant et les résistances 36 du deuxième dispositif chauffant sont reliées à une même source d’alimentation électrique par une liaison électrique 35.
Un film mince peut être disposé au-dessus et/ou au-dessous des dispositifs chauffants. Un tel film ou tissu en polymère ou en matériau élastomère, par exemple en Néoprène, peut éventuellement comprendre des fibres à titre de renfort telles que des fibres de verre. Un tel film permet de protéger les dispositifs chauffants des chocs, de les isoler électriquement de la surface de la pale, sans isoler thermiquement.
Dans chacune des deux variantes de réalisation précédentes, le deuxième dispositif chauffant, formant des mailles selon un motif permettant de définir des zones à contours fermés, est tel qu’il permet de dissiper une quantité de chaleur par effet Joule plus importante que la quantité de chaleur dissipée par effet Joule par le premier dispositif chauffant dont les résistances chauffantes sont réparties à l’intérieur de chacune des zones à contours fermés délimitées par le deuxième dispositif chauffant. Ainsi, les résistances chauffantes 26, 36 du deuxième dispositif chauffant permettent d’atteindre une température de la glace en contact de la portion de surface plus importante que la température de la glace en regard des résistances chauffantes 21, 31 du premier dispositif chauffant. En conséquence, la glace est plus fragilisée en regard des résistances chauffantes 26, 36 du deuxième dispositif chauffant ce qui permet le détachement de la glace au moins en partie selon les contours des zones délimitées par les résistances chauffantes 26, 36 du deuxième dispositif chauffant lorsque la pale est entraînée en rotation au sein d’une hélice. En outre, le détachement de tels morceaux de glace est également permis par le fait que l’adhésion entre la glace et la portion de surface 18 de la pale a été affaiblie grâce aux résistances chauffantes 21, 31 du premier dispositif chauffant. En particulier, il est à noter que réchauffement par effet Joule de la glace ne sert pas à faire fondre la glace mais uniquement à diminuer les forces d’adhésion entre la glace et la portion de surface 18. La combinaison des résistances chauffantes 21, 31 du premier dispositif chauffant et des résistances chauffantes 26, 36 du deuxième dispositif chauffant permet donc de dégivrer la portion 18 de la surface de la pale 1 tout en contrôlant la taille et la masse des débris de glace évacués. Ainsi, il est possible d’éviter la chute de débris de glace de taille dangereuse, la taille maximum des débris de glace étant limitée à la taille des zones à contours fermés définies par les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant.
Dans les deux variantes de réalisation précédentes, il est possible de contrôler la puissance électrique au sein du premier dispositif chauffant et du deuxième dispositif chauffant en faisant varier l’intensité électrique, la résistance des éléments chauffants (notamment par la variation de la section et/ou de la longueur des résistances) ou encore le taux de couverture des résistances électriques. Par exemple, dans un maillage tel que la tension électrique est constante et dans lequel l’intensité dépend de la résistance des éléments chauffants (et dans lequel la puissance électrique est proportionnelle à U /R (U représentant la tension électrique et R la résistance), on peut contrôler la résistance de chacun des éléments chauffants du premier dispositif chauffant et du deuxième dispositif chauffant en utilisant des résistances 21, 31 plus longues et de section plus faible pour le premier dispositif chauffant de façon à ce que la résistance soit plus importante que celle des résistances du deuxième dispositif chauffant.
Le dispositif de dégivrage selon l’invention peut également comprendre au moins un capteur de température sur ladite portion 8 de surface de la pale de façon à permettre d’ajuster la puissance électrique des éléments chauffants de chacun des dispositifs chauffants. Il est par exemple possible de déclencher la mise en fonctionnement du dispositif de dégivrage en-dessous d’une valeur consigne d’une température prédéfinie. Le dispositif de dégivrage selon l’invention peut également comprendre au moins un capteur de givre sur ladite portion 8 de surface de la pale de façon à permettre par exemple de déclencher la mise en fonctionnement du dispositif de dégivrage. Il est également possible prévoir un contrôle et une régulation du dispositif de dégivrage en boucle ouverte ou en boucle fermée prenant en compte les données relatives à la température et/ou au givre. L'invention peut faire l'objet de très nombreuses variantes de réalisation. En particulier, il est possible d’élaborer tout type de motif répétitif ou variable pour chacun du premier dispositif chauffant et du deuxième dispositif chauffant. Par ailleurs, il est également possible de faire varier les taux de couverture respectifs du premier dispositif chauffant et du deuxième dispositif chauffant.
Claims (16)
- REVENDICATIONS 1/- Dispositif de dégivrage d’au moins une portion de surface (8) d’une pale (1) d’hélice susceptible d’être recouverte d’une couche de glace, ledit dispositif comprenant : au moins un premier dispositif chauffant adapté pour permettre le décollement d’au moins une partie de ladite couche de glace au contact de ladite portion de surface (8) de la pale d’hélice, caractérisé en ce qu’il comprend en outre : au moins un deuxième dispositif chauffant comprenant des éléments chauffants s’étendant en regard d’une partie seulement de ladite portion de surface de façon à y circonscrire des zones à contours fermés de ladite portion de surface, et en ce que : les éléments chauffants (26, 36) du deuxième dispositif chauffant sont adaptés pour entraîner une rupture de la glace selon ladite épaisseur de ladite couche de glace, le premier dispositif chauffant s’étend au moins en partie en regard de l’intérieur desdites zones à contours fermés dudit deuxième dispositif chauffant.
- 2/- Dispositif de dégivrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments chauffants (26, 36) du deuxième dispositif chauffant sont filiformes.
- 3/ - Dispositif de dégivrage selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits éléments chauffants (26, 36) du deuxième dispositif chauffant s’étendent selon un motif choisi dans le groupe formé des polygones et des courbes fermées.
- 4/ - Dispositif de dégivrage selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits éléments chauffants (26, 36) du deuxième dispositif chauffant s’étendent selon un motif choisi dans le groupe formé des polygones convexes.
- 5/ - Dispositif de dégivrage selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier dispositif chauffant est formé d’un film mince chauffant.
- 6/ - Dispositif de dégivrage selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque zone à contours fermés occupe une surface prédéterminée et en ce que ledit premier dispositif chauffant se présente sous la forme d’au moins un maillage de résistances électriques (21, 31), dit premier maillage chauffant, comprenant des mailles présentant chacune une surface inférieure à la surface de chacune des zones à contours fermés dudit deuxième dispositif chauffant.
- 7/ - Dispositif de dégivrage selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les zones à contours fermés dudit deuxième dispositif chauffant sont adjacentes les unes aux autres et séparées entre elles au moins par lesdits éléments chauffants (26, 36), chaque élément chauffant séparant au moins deux zones à contours fermés.
- 8/ - Dispositif de dégivrage selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits éléments chauffants (26, 36) du deuxième dispositif chauffant sont des résistances électriques et s’étendent sous la forme d’au moins un maillage de résistances électriques, dit deuxième maillage chauffant, comprenant des mailles, chaque maille dudit deuxième maillage chauffant délimitant une zone à contours fermés.
- 9/ - Dispositif de dégivrage selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que ledit deuxième dispositif chauffant comprend une alimentation électrique des éléments chauffants selon une puissance électrique, en ce que ledit premier dispositif chauffant comprend une alimentation électrique du premier maillage chauffant selon une puissance électrique, et en ce que la puissance électrique dissipée par unité de surface du deuxième maillage chauffant est supérieure à la puissance électrique dissipée par unité de surface du premier maillage chauffant.
- 10/ - Dispositif de dégivrage selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le premier dispositif chauffant et les éléments chauffants (26, 36) du deuxième dispositif chauffant s’étendent dans au moins un logement ménagé en creux dans ladite portion de surface, de telle sorte que la surface externe de la pale est dénuée de surépaisseur.
- 11/ - Pale (1) d’hélice caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un dispositif de dégivrage selon l’une des revendications 1 à 10.
- 12/ - Pale (1) selon la revendication 11, caractérisée en ce que la puissance électrique dissipée par unité de surface par ledit premier dispositif chauffant varie en fonction de la distance entre les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant et le pied de pale.
- 13/- Pale (1) selon l’une des revendications 11 ou 12, caractérisée en ce que la puissance électrique dissipée par unité de surface par ledit premier dispositif chauffant varie en fonction de la distance entre les éléments chauffants du deuxième dispositif chauffant et le bord d’attaque.
- 14/ - Hélice de turbomachine comprenant au moins une pale selon l’une des revendications 11 à 13.
- 15/ - Turbomachine comprenant au moins une hélice selon la revendication 14.
- 16/- Aéronef comprenant au moins une turbomachine selon la revendication 15.
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