FR3060529B1 - Piece d'aeronef munie d'un revetement chauffant destinee a entrer en contact avec une masse d'air situee autour de l'aeronef, aeronef et procede associes - Google Patents
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Abstract
Cette pièce (20) comporte : - une paroi (40) définissant une surface externe (47) destinée à être dirigée vers la masse d'air ; - une couche de revêtement (46) appliquée sur au moins une partie de la surface externe (47). La couche de revêtement (46) présente une impédance de surface comprise entre 500 Ω2 et 16000 Ω2.
Description
Pièce d’aéronef munie d’un revêtement chauffant destinée à entrer en contact avec une masse d’air située autour de i’aéronef, aéronef et procédé associés
La présente invention concerne une pièce d’aéronef destinée à entrer en contact avec une masse d’air située autour de l’aéronef, comportant : - une paroi définissant une surface externe destinée à être dirigée vers la masse d’air ; - une couche de revêtement appliquée sur au moins une partie de la surface externe.
Une telle pièce est destinée à former une partie de la peau extérieure de l’aéronef dans des endroits où la formation de givre est susceptible de se produire. L’aéronef est par exemple un engin militaire, tel qu’un drone, ou un avion de chasse.
La formation de givre sur la surface externe de l’aéronef constitue un danger pour l’aéronef. Le givre augmente en effet la masse de l’aéronef, et peut perturber dans certains cas le bon fonctionnement aérodynamique de l’aéronef. Ceci est particulièrement le cas pour les éléments de voilure, et notamment les becs de bord d’attaque situés sur une aile de l’aéronef.
Le bec de bord d’attaque est un organe mobile ou fixe formant au moins une partie du bord d’attaque de la voilure. La formation de givre sur ce bec de bord d’attaque destiné à être déployé, lorsqu’il est mobile, lors des phases de vol à faible vitesse pour augmenter la portance de l’aéronef est critique.
Pour pallier ce problème, il est usuel d’utiliser des systèmes de chauffage empêchant la formation de givre, et/ou permettant de dégivrer, une fois le givre formé.
Ces systèmes sont par exemple des systèmes d’injection d’air chaud en regard de la zone à protéger, des dispositifs électrothermiques par matelas chauffant, des dispositifs pneumatiques permettant de casser la couche de givre, des dispositifs électromécaniques.
Tous ces systèmes génèrent une signature électromagnétique importante, qui nuit à la discrétion de l’aéronef.
Ceci peut conduire à la détection de l’aéronef, voire même à sa destruction dans certains cas critiques, lorsque l’aéronef est repéré par une entité hostile.
Un but de l’invention est de fournir une pièce d’aéronef destinée à entrer en contact avec une masse d’air située autour de l’aéronef, qui évite de manière très efficace la formation de givre, tout en limitant au minimum la signature électromagnétique de l’aéronef. A cet effet, l’invention a pour objet une pièce du type précité, caractérisée en ce que la couche de revêtement présente une impédance de surface comprise entre 500 Ω2 et 16000 Ω2.
La pièce selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - la couche de revêtement présente une impédance de surface comprise entre 1000 Ω2 et 8000 Ω2; - la couche de revêtement est formée d’une peinture chauffante ; - elle comporte un système d’alimentation électrique raccordé électriquement à la couche de revêtement ; - l’épaisseur maximale de la couche de revêtement est inférieure à 600 microns, notamment inférieure à 100 microns ; - la couche de revêtement comporte une première région présentant une première épaisseur, et au moins une deuxième région présentant une deuxième épaisseur supérieure à la première épaisseur ; - la première région est située à l’avant de la deuxième région dans le sens de circulation normal de l’aéronef ; - elle présentant un premier bord longitudinal présentant un sommet en section, la couche de revêtement étant appliquée sur le sommet ; - le système d’alimentation électrique comporte des électrodes placées au contact de la couche de revêtement, les électrodes étant situées au voisinage ou/et au contact d’un bord arrière de la couche de revêtement situé à l’opposé du sommet ; - la couche de revêtement comporte au moins un polymère conducteur, notamment à base de polyaniline, ou/et au moins un polymère comprenant des charges conductrices, notamment des nanostructures de carbone ; - la couche de revêtement est fixée sur la paroi par l’intermédiaire d’une couche d’adhésif ; - la paroi forme un élément de voilure, notamment un bec de bord d’attaque ou de trainée, un élément de plan horizontal ou de dérive, un élément de bord d’entrée d’air d’un moteur, ou/et un élément de bord d’entrée d’air d’un système de conditionnement d’air. L’invention a également pour objet un aéronef comportant une pièce telle que définie plus haut L’invention a aussi pour objet un procédé d’évolution d’un aéronef tel que défini plus haut dans une masse d’air, comprenant les étapes suivantes : - application d’une puissance électrique dans la couche de revêtement ; - chauffage de la couche de revêtement.
Avantageusement, la puissance thermique engendrée par la couche de revêtement est comprise entre 0,1 W/cm2 et 4 W/cm2. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective partielle d’un premier aéronef muni d’une pièce selon l’invention ; - la figure 2 est une vue en coupe d’une pièce selon l’invention formant un bec de bord d’attaque d'aéronef ; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 d’une autre pièce selon l’invention.
Dans tout ce qui suit, les orientations sont données relativement aux figures, et généralement par rapport au sens normal d’implantation du dispositif dans un aéronef.
Ainsi, les termes « supérieur », « inférieur », « avant », « arrière » s’entendent par rapport aux orientations choisies sur les figures, qui correspondent au sens normal de déplacement de l’aéronef. Les termes « horizontal » et « vertical » s’entendent par rapport à l’orientation de l’aéronef posé au sol sur une surface horizontale.
Un premier aéronef 10 selon l’invention est illustré par la figure 1. L’aéronef 10 est ici un drone. En variante, l’aéronef 10 est un avion militaire. D’une manière classique, l’aéronef 10 comporte un fuselage 12, au moins un moteur 14, avantageusement un moteur à réaction, et des éléments 16 de voilure faisant saillie par rapport au fuselage 12.
Chaque élément de voilure 16 comporte une voilure principale 18, et une pièce 20 de voilure montée sur la voilure principale 18, la pièce 20 étant destinée à entrer en contact avec une masse d’air située autour de l’aéronef 10.
Dans cet exemple, la voilure principale 18 est formée par une aile latérale. Elle comporte de manière connue un intrados et un extrados, qui se rejoignent le long d’un bord avant.
La pièce de voilure 20 est montée à l’avant de la voilure principale 18, en regard du bord avant. Elle s’étend le long du bord avant.
Dans cet exemple, la pièce de voilure 20 est formée par un bec de bord d’attaque couvrant le bord avant de la voilure principale 18.
En référence à la figure 2, la pièce de voilure 20 comporte un extrados 28 et un intrados 30. Elle présente une forme incurvée s’ouvrant vers l’arrière, et une section transversale sensiblement en forme de « C ».
Comme visible sur la figure 2, la pièce 20 comporte une paroi 40 incurvée, et une armature 42 disposée dans la paroi incurvée 40.
La pièce 20 est munie d’une couche 46 de revêtement chauffant qui recouvre au moins en partie une surface externe 47 de la paroi 40 destinée à être dirigée vers la masse d’air située autour de l’aéronef 10. L’épaisseur de la couche 46 a été volontairement amplifiée sur la Figure 2 à des fins d’illustration. La pièce 20 comporte en outre un système 48 d’alimentation électrique de la couche de revêtement 46.
La paroi 40 définit la forme incurvée de la pièce 20. Elle s’étend vers l’arrière le long d’un axe longitudinal A-A’ depuis un bord d’attaque 50.
Dans cet exemple, en section dans un plan vertical contenant l’axe A-A’, le bord d’attaque 50 définit un sommet du profil de la surface externe 47.
La paroi 40 est par exemple réalisée en métal ou en matériau composite.
La couche de revêtement 46 est appliquée sur la surface externe 47. Elle couvre la surface externe 47 au niveau du bord d’attaque 50, sur l’extrados 28 et sur l’intrados 30.
La couche de revêtement 46 est au moins partiellement conductrice. Elle présente une impédance de surface comprise entre 500 Ω2 et 16000 Ω2, de préférence comprise entre 1000 Ω2 et 8000 Ω2.
La conductivité maximale de la couche de revêtement 46 est comprise entre 0,0062 S/cm et 0,2 S/cm, de préférence comprise entre 0,0125 S/cm et 0,1 S/cm.
La couche de revêtement 46 est réalisée avantageusement à base d’une peinture chauffante appliquée sur la surface externe 47.
La peinture chauffante comporte de préférence une matrice en polymère, et éventuellement des charges conductrices.
Dans un premier mode de réalisation, la matrice est réalisée à base d’un polymère conducteur. Des exemples de polymères conducteurs sont les polyfluorènes, les polypyrènes, les polyazulènes, les polynaphtalènes, les polypyrroles (PPY), les polycarbazoles, les polyindoles, les polyazépines, les polyanilines (PANI), les polythiophènes (PT), les poly(p-phénylène sulfide) (PPS), les polyacétylènes (PAC), les poly(p-phénylène vinylène (PPV).
Avantageusement, la matrice est réalisée à base d’un polymère conducteur en polyaniline. Par exemple, la polyaniline est obtenue par polymérisation de l’aniline en présence d’au moins un dopant comprenant un tenseur hydrophile, tel que décrit dans la demande FR2880350. Le dopant comprend de préférence une diamine primaire ou secondaire, un polyéthylène glycol, un polyéthylène oxyde, ou un glycérol.
En variante ou en complément, la matrice en polymère contient des charges conductrices assurant une conductivité électrique. Ces charges sont par exemple de la suie, du graphite, des poudres métalliques, des carbures de silicone, de l’antimoine d’aluminium, des sulfites de plomb ou de cadmium, et/ou du germanium. Un exemple de matrice est un élastomère de silicone contenant une charge telle que décrit plus haut, notamment de la suie.
En variante ou en complément, la matrice en polymère contient des nanostructures, notamment des nanotubes de carbone. Une « nanostructure » est une structure dont au moins une dimension est inférieure à une centaine de nanomètres. Ces structures incluent notamment les nanotubes de carbone à simple paroi, des nanotubes de carbone à paroi multiples et/ou des fullerènes.
Dans ce cas, la matrice en polymère est avantageusement réalisée à partir de polyoléfine, tel que du polyéthylène, du polypropylène, du polystyrène, de résine acrylique tel que du polyacrylate, de copolymère acrylonitrile/styrène, de copolymère acrylonitrile/butadiène/styrène, à partir de polyacrylonitrile, à partir de polymère polyhalogéné, tel que le polychlorure de vinyle, le polychlorure de vinylidène, à partir de résine fluorée telle que le polytétrafluoroéthylène, le copolymère de fluoro éthylène/propylène, le polychlorotrifluoroéthylène, le polyfluorure de vinylidène, les polymères fluorés vinylidènes/trifluoroéthylènes, à partir de polyesters tels que le polyéthylène téréphtalate, à partir de polycarbonate, à partir de résines phénoliques, de résines urées, de résines mélamines, de résines polyimides, de résines polyamides telles que le nylon, de résines époxy, ou/et à partir de polyuréthanes. L’épaisseur maximale de la couche de revêtement 46 est avantageusement inférieure à 600 microns, de préférence inférieure à 300 microns, notamment inférieure à 100 microns. Cette épaisseur est par exemple comprise entre 50 microns et 280 microns.
Avantageusement, l’épaisseur de la couche de revêtement 46 varie en fonction de la localisation sur la surface 47. L’épaisseur de la couche de revêtement 46 dans une région donnée est choisie notamment en fonction de la signature électromagnétique maximale acceptable dans cette région.
Dans l’exemple représenté sur la figure 2, l’épaisseur de la couche de revêtement 46 augmente par paliers en se déplaçant depuis le bord d’attaque 50 vers l’arrière. La couche de revêtement 46 comporte ainsi une première région 60 présentant une épaisseur minimale e1, une deuxième région 62 présentant une épaisseur intermédiaire e2 supérieure à l’épaisseur minimale e1, et une troisième région 64 présentant une épaisseur maximale e3 supérieure à l’épaisseur intermédiaire e2.
La première région 60 couvre ici le bord d’attaque 50. L’épaisseur de la couche de revêtement 46 dans cette région est minimale au niveau du bord d’attaque 50 de façon à minimiser la signature électromagnétique dans cette zone critique sur le plan de la signature électromagnétique.
Cette épaisseur est croissante par paliers du bord d’attaque 50 jusqu’aux électrodes 72 du système d’alimentation électrique 48. Les électrodes 72 sont placées en contact avec la région la plus épaisse de la couche de revêtement 46, de préférence le long d’un bord arrière de cette région.
Les épaisseurs e1 à e3 sont déterminées de façon à ne pas entraîner une signature électromagnétique trop importante (qui croît avec l’épaisseur) et à ne pas nécessiter une puissance d’alimentation électrique nécessaire excessive (qui décroît avec l’épaisseur).
La détermination des épaisseurs e1 à e3 résulte donc d’un compromis entre ces deux contraintes.
Une telle disposition réduit la tension appliquée sur la couche de revêtement 46 pour engendrer le chauffage, en conservant l’espacement constant entre les électrodes.
Le système d’alimentation électrique 48 comporte une source de tension électrique 70, et les électrodes 72. Celles-ci sont placées au contact de la couche de revêtement 46 et à une distance suffisamment importante du bord d’attaque 50 pour ne pas générer une signature électromagnétique trop importante. Les électrodes 72 sont également raccordées électriquement à la source de tension électrique 70.
La source de tension électrique 70 est propre à produire une tension supérieure à 100 V, et notamment comprise entre 500 V et 4000 V. La tension électrique produite par la source de tension électrique 70 est par exemple inférieure à 2500 V et est comprise avantageusement entre 600 V et 2100 V.
Les électrodes 72 sont placées au contact de la couche de revêtement 46, de part et d’autre de celle-ci. Dans l’exemple représenté sur la figure 2, une électrode 72 est placée sur l’extrados 28 et une électrode 72 est placée sur l’intrados 30.
Lorsqu’une tension électrique est appliquée par la source de tension électrique 70 entre les électrodes 72, la couche de revêtement est propre à engendrer une puissance thermique supérieure à 0,1 W/cm2, et notamment comprise entre 0,2 W/cm2 et 4 W/cm2.
Le fonctionnement de la pièce 20 lors d’un vol de l’aéronef 10 va maintenant être décrit.
Lors du vol, le système d’alimentation électrique 48 est activé pour chauffer la couche de revêtement 46 incluant le bord d’attaque 50 à une température supérieure à 0°C, avantageusement à une température supérieure à 2°C. À cet effet, une tension électrique telle que décrite plus haut est appliquée entre les électrodes 72 à travers la couche de revêtement 46 par la source de tension électrique 70.
Lorsque l’aéronef 10 traverse une masse d’air susceptible de givrer, le maintien de l’eau à l’état liquide est assuré par la présence de la couche de revêtement 46 chauffant. Ce liquide s’écoule donc vers l’arrière, sans formation de givre.
Par ailleurs, l’utilisation d’une couche de revêtement 46 chauffant présentant une impédance de surface comprise entre 500 Ω2 et 16000 Ω2 réduit considérablement la signature électromagnétique de l’aéronef 10. L’aéronef 10 reste donc très discret, tout en conservant sa manœuvrabilité à faible vitesse, et en maîtrisant sa masse.
Ainsi, la signature équivalente radar de la pièce 20 est compatible de la classe des aéronefs de type furtif.
Dans une variante, l’épaisseur de la couche de revêtement 46 croit de manière continue, sans paliers, depuis le bord d’attaque vers l’arrière.
Dans une autre variante, illustrée par la figure 3, la couche de revêtement 46 est appliquée sur une couche de support 80 formée par exemple d’un film déformable. La couche de support 80 est fixée sur la surface externe 47 par l’intermédiaire d’une couche d’adhésif double face 82.
Dans cet exemple, l’épaisseur de la couche de revêtement 46 est constante.
Dans d’autres variantes, la pièce 20 selon l’invention est située sur l’empennage (non visible), lorsqu’un tel empennage est présent. La pièce 20 est par exemple disposée sur la dérive ou sur les plans horizontaux de l’empennage.
Dans une autre variante, la pièce 20 est un bord 90 d’une entrée d’air de réacteur (voir figure 1) et/ou un bord d’une entrée d’air d’un système de conditionnement d’air dans l’aéronef 10, lorsqu’une telle entrée d’air est présente..
Dans une autre variante la couche de revêtement 46 comporte en arrière de la partie chauffante un revêtement superhydrophobe facilitant le détachement et l’évacuation de l’eau liquide.
Dans une autre variante le système d’alimentation électrique 48 est activé pour chauffer la couche de revêtement 46 jusqu’à une température permettant l’évaporation de l’eau liquide.
Claims (15)
- 8 REVENDICATIONS1. - Pièce (20) d’aéronef (10) destinée à entrer en contact avec une masse d’air ituée autour de l’aéronef (10), comportant ; - une paroi (40) définissant une surface externe (47) destinée à être dirigée vers ia nasse d’air; - une couche de revêtement (46) appliquée sur au moins une partie de la surface externe (47), caractérisée en ce que ia couche de revêtement (46) présente une partie hauffante ayant une impédance de surface comprise entre 500 Ω par carré et 16000 Ω >ar carré, et en arrière de la partie chauffante, un revêtement superhydrophobe .
- 2. - Pièce (20) selon la revendication 1, dans laquelle la partie chauffante de la ouche de revêtement (46) présente une impédance de surface comprise entre 1000 Ω sar carré et 8000 Ω par carré,
- 3. - Pièce (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans aqueile la partie chauffante de ia couche de revêtement (46) est formée d’une peinture -hauffante.
- 4. - Pièce (20) seion l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un système d’alimentation électrique (48) raccordé électriquement à la couche ie revêtement (46).
- 5. - Pièce (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans aquelle l’épaisseur maximale de ia couche de revêtement (46) est inférieure à 600 nierons, notamment inférieure à 100 microns.
- 6. - Pièce (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans aquelle la couche de revêtement (46) comporte une première région (60) présentant une iremière épaisseur (e1), et au moins une deuxième région (62) présentant une deuxième épaisseur (e2) supérieure à la première épaisseur (e1 ).
- 7. - Pièce (20) seion la revendication 6, dans laqueile la première région (60) est ;ituée à l’avant de la deuxième région (62) dans le sens de circulation normal de l’aéronef 10).
- 8. - Pièce (20) seion l’une quelconque des revendications précédentes, présentant m premier bord longitudinal (50) présentant un sommet en section, ia couche de evêtement (46) étant appliquée sur le sommet.
- 9. - Pièce (20) selon la revendication 8, prise en combinaison avec ia revendication l·, dans laquelle le système d’alimentation électrique (48) comporte des électrodes (72) îlacées au contact de la couche de revêtement (46), les électrodes (72) étant situées au 9 oisinage ou/et au contact d’un bord arrière de la couche de revêtement (46) situé à opposé du sommet.
- 10. - Pièce (20) selon î’une quelconque des revendications précédentes, aractérisée en ce que la couche de revêtement (46) comporte au moins un polymère onducteur, notamment à base de polyaniiine, ou/et au moins un polymère comprenant les charges conductrices, notamment des nanostructures de carbone.
- 11. - Pièce (20) seion l’une quelconque des revendications précédentes, dans aquelle ia couche de revêtement (46) est fixée sur ia paroi (40) par FTntermédiaire d’une :ouche d’adhésif (82).
- 12. - Pièce (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans squelle la paroi (40) forme un élément de voilure, notamment un bec de bord d’attaque su de traînée, un élément de plan horizontal ou de dérive, un élément de bord d’entrée l’air (90) d’un moteur, ou/et un élément de bord d’entrée d’air d’un système de îonditionnement d’air.
- 13. - Aéronef (10), comportant au moins une pièce (20) selon l’une quelconque des evendîcaîions précédentes.
- 14. - Procédé d’évolution d’un aéronef (10) seion ia revendication 13 dans une nasse d’air, comprenant les étapes suivantes : - application d’une puissance électrique dans la couche de revêtement (46) ; - chauffage de la partie chauffante de la couche de revêtement (46).
- 15. - Procédé selon la revendication 14, dans lequel la puissance thermique mgendrée par la partie chauffante de la couche de revêtement (46) est comprise entre ),1 W/cm2 et 4 W/cm2.
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