WO2013045783A1 - Ensemble de lèvre pour nacelle de turboréacteur à dégivrage électrique - Google Patents

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Michel Dunand
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Definitions

  • the present invention relates to a heating element for an electric deicing device equipping a turbojet engine nacelle.
  • An aircraft is propelled by one or more propulsion units each comprising a turbojet engine housed in a substantially tubular nacelle.
  • Each propulsion unit is attached to the aircraft by a mast generally located under a wing or at the fuselage of the aircraft.
  • a nacelle generally has a substantially tubular structure surrounding the turbojet engine and comprises, an air inlet upstream of the engine, a median section intended to surround a fan of said turbojet engine and a downstream section surrounding the combustion chamber of the turbojet engine and which can be equipped with thrust reversal means.
  • the air intake comprises, on the one hand, an inlet lip adapted to allow optimal capture to the turbojet of the air necessary to supply the blower and the internal compressors of the turbojet engine, and other on the other hand, a downstream structure to which the lip is attached and intended to properly channel the air towards the fan blades.
  • the assembly is attached upstream of a fan casing belonging to the middle section of the assembly.
  • ice may form on the nacelle, particularly at the outer surface of the air intake lip.
  • the presence of ice or frost changes the aerodynamic properties of the air intake and disturbs the flow of air to the blower.
  • a solution for de-icing or deglazing the outer surface is to prevent ice from forming on this outer surface by keeping the surface concerned at a sufficient temperature.
  • an electric defrosting device uses sets of heating resistors, also called heating mats, located at the air intake lip near the outer surface and electrically powered by a generally three-phase power supply. .
  • a disadvantage of such systems is that they are located in an area of the nacelle particularly exposed to the most direct effects of lightning. This leads to induced currents in the device and heating mats that are particularly high. These induced currents propagate through the power harnesses of the system and can severely damage system equipment.
  • the present invention aims to overcome these drawbacks and relates for this purpose to a lip assembly of a turbojet engine nacelle equipped with at least one electrical deicing system comprising at least one resistive heating element powered electrically via minus one supply conductor, each supply conductor being associated with a neutral conductor or "earth" arranged in a clustered manner adjacent the corresponding supply conductor.
  • each supply conductor is associated with a neutral conductor and is grouped together, the phase and neutral conductors are always side by side and thus the surface of the loops formed by the different conductors is minimized and extremely reduced.
  • the induced electric currents are therefore greatly reduced and it is possible to simplify and size accordingly the anti-lightning components.
  • the electric heating element is supplied with alternating current, preferably three-phase.
  • each phase is bifilaire comprising a phase conductor and a neutral conductor or "earth".
  • the electrical wires may be twisted or not.
  • the electric heating element has at least one side and the supply and neutral conductors are arranged on the same side.
  • the heating element is a carpet or heating tape.
  • the heating element comprises at least one resistive coil disposed between a supply conductor and its associated neutral conductor.
  • the resistive coil is disposed in at least two serpentine tracks.
  • the two tracks are substantially parallel.
  • the coil extends substantially along a length of the heating element.
  • the present invention also relates to a turbojet engine nacelle, characterized in that it comprises an air intake lip assembly according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic representation of a set of heating elements arranged on the periphery of an air inlet lip and supplied by a star-shaped three-phase network according to the prior art.
  • Figure 2 is a schematic representation of a set of heating elements arranged on the periphery of an air inlet lip and fed by a three-phase network mounted according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a heating element according to the invention equipping an assembly as represented in FIG. 2.
  • a defrosting system assembly 1 equipping an air intake lip assembly with a nacel of the rboreactor comprises a greater amount of light, here s ix, deg rou pes 2 of electric heating elements 4 regularly arranged on the periphery of the air inlet, each group 2 of electric heating elements 4 itself comprising a plurality of electrical elem en t ions ch a uffa nts 4 d isposed radially (here six heating elements 4 per group 2).
  • the defrosting assembly 1 is powered by a three-phase power source 5 comprising a conductor of a first phase P1
  • the power supply also includes a neutral connector N ⁇ ⁇ ⁇ ).
  • Each group 2 and heating element 4 of said group is connected to a phase connection P 1, P 2 or P 3, and to the neutral conductor N, on the other hand.
  • FIG. 1 shows a star assembly of the deicing system 1 according to the prior art.
  • the power supply passes through the heating elements 4, the phase conductor P1, P2, P3 entering on one side of said element 4 and emerging at the neutral N by an opposite side.
  • the neutral conductors are interconnected and form a floating neutral.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram according to the invention of a deicing system 10.
  • the assembly of FIG. 2 differs from the star assembly according to the prior art in that for each heating element 4, the phase conductor P1, P2, P3 is grouped on the same side and close to the neutral conductor N.
  • the supply inlets and outlets of the heating elements are two-wire comprising a phase conductor P1, P2, P3 and a neutral conductor N.
  • the inductive loops that can be formed are, on the one hand, less numerous and, on the other hand, offer a reduced surface area.
  • FIG. 3 illustrates a heating element 4 advantageously equipping the deicing system 100.
  • the heating element 4 is substantially in the form of a carpet, or a rectangular strip within which a heating resistive element 7 forming a coil circulates.
  • the resistive heating element no longer forms a coil passing through the heating element 4 which has an element conductor P1, P2, P3 and a neutral conductor N on opposite sides, but has a coil which is arranged to form two substantially parallel tracks along the heating element 4.
  • the optimization of the wiring of the coil in addition to the optimization of the wiring of the defrosting system previously presented makes it possible to reduce and especially not to size the size of the anti-lightning protection components that are present in the various electrical components of the nacelle and the aircraft.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un ensemble de lèvre d'une nacelle de turboréacteur équipé d'au moins un système de dégivrage électrique (10) comprenant au moins un élément électrique chauffant (4) alimenté électriquement par l'intermédiaire d'au moins un conducteur d'alimentation(P1, P2, P3), chaque conducteur d'alimentation étant associé à un conducteur neutre (N) ou «terre» disposé de manière regroupée à proximité du conducteur d'alimentation correspondantainsi qu'à une nacelle équipée d'un tel ensemble.

Description

Ensemble de lèvre pour nacelle de turboréacteur à dégivrage électrique
La présente invention se rapporte à un élément chauffant pour dispositif de dégivrage électrique équipant une nacelle de turboréacteur.
Un avion est propulsé par un ou plusieurs ensemble propulsifs comprenant chacun un turboréacteur logé dans une nacelle sensiblement tubulaire. Chaque ensemble propulsif est rattaché à l'avion par un mât situé généralement sous une aile ou au niveau du fuselage de l'avion.
Une nacelle présente de manière générale, une structure sensiblement tubulaire entourant le turboréacteur et comprend, une entrée d'air en amont du moteur, une section médiane destinée à entourer une soufflante dudit turboréacteur et une section aval entourant la chambre de combustion du turboréacteur et qui peut être équipée de moyens d'inversion de poussée.
L'entrée d'air comprend, d'une part, une lèvre d'entrée adaptée pour permettre la captation optimale vers le turboréacteur de l'air nécessaire à l'alimentation de la soufflante et des compresseurs internes du turboréacteur, et d'autre part, une structure aval sur laquelle est rapportée la lèvre et destinée à canaliser convenablement l'air vers les aubes de soufflante. L'ensemble est rattaché en amont d'un carter de soufflante appartenant à la section médiane de l'ensemble.
En vol, selon les conditions de température, de pression et d'humidité, de la glace peut se former sur la nacelle, notamment au niveau de la surface externe de la lèvre d'entrée d'air. La présence de glace ou de givre modifie les propriétés aérodynamiques de l'entrée d'air et perturbe l'acheminement de l'air vers la soufflante.
Une solution pour dégivrer ou déglacer la surface externe consiste à éviter que de la glace ne se forme sur cette surface externe en maintenant la surface concernée à une température suffisante.
Ainsi, il est connu par exemple du document US 4 688 757, de prélever de l'air chaud au niveau du compresseur du turboréacteur et de l'amener au niveau de la lèvre d'entrée d'air afin de réchauffer les parois. Toutefois, un tel dispositif nécessite un système de conduits d'amenée d'air chaud entre le turboréacteur et l'entrée d'air, ainsi qu'un système d'évacuation de l'air chaud au niveau de la lèvre d'entrée d'air. Ceci augmente la masse de l'ensemble propulsif, ce qui n'est pas souhaitable. Ces inconvénients ont pu être palliés en recourant à des systèmes de dégivrage électriques.
On pourra notamment citer le document EP 1 495 963 bien que de nombreux autres documents se rapportent au dégivrage électrique et à ses développements.
La mise en œuvre d'un dispositif de dégivrage électrique utilise des ensembles de résistances chauffantes, également appelés tapis chauffants, implantés au niveau de la lèvre d'entrée d'air à proximité de la surface externe et alimentés électriquement par une alimentation électrique généralement triphasée.
Un inconvénient de tels systèmes est qu'ils sont situés dans une zone de la nacelle particulièrement exposée aux effets directs les plus sévères de la foudre. Cela entraîne des courants induits dans le dispositif et les tapis chauffants qui son particulièrement élevés. Ces courants induits se propagent à travers les harnais d'alimentation du système et peuvent endommager fortement les équipements du système.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients et se rapporte pour ce faire à un ensemble de lèvre d'une nacelle de turboréacteur équipé d'au moins un système de dégivrage électrique comprenant au moins élément chauffant résistif alimenté électriquement par l'intermédiaire d'au moins un conducteur d'alimentation, chaque conducteur d'alimentation étant associé à un conducteur neutre ou « terre » disposé de manière regroupée à proximité du conducteur d'alimentation correspondant.
En effet, il est apparu que les montages traditionnels, et notamment les montages en étoile ou triangle d'alimentation triphasée, entraînaient la formation de nombreuses boucles locales conductrices qui amplifient les courants induits susceptibles de traverser l'ensemble.
En proposant que chaque conducteur d'alimentation est associé à un conducteur neutre et sont regroupés, les conducteurs de phase et neutre sont toujours côte à côte et ainsi la surface des boucles formées par les différents conducteurs est minimisée et extrêmement réduite. Les courants électriques induits en sont donc fortement diminués et il est possible de simplifier et dimensionner en conséquence les composants anti-foudre.
De man ière avantageuse, l'élément électrique chauffant est alimenté en courant alternatif, préférentiellement triphasé. Préférentiellement, chaq ue phase est bifila ire com prenant u n conducteur de phase et un conducteur neutre ou « terre ». Les fils électriques pourront être torsadés ou non.
Avantageusement, l'élément électrique chauffant possède au moins un côté et les conducteurs d'alimentation et neutre sont disposés sur ce même côté.
Selon un mode préféré de réalisation, l'élément chauffant est un tapis ou ruban chauffant.
Avantageusement, l'élément chauffant comprend au moins un serpentin résistif disposé entre un conducteur d'alimentation et son conducteur neutre associé. Avantageusement encore, le serpentin résistif est d isposé selon au moins deux pistes en serpentin.
Préférentiellement, les deux pistes sont sensiblement parallèles.
Préférentiellement encore, le serpentin s'étend sensiblement le long d'une longueur de l'élément chauffant.
La présente invention se rapporte également à une nacelle de turboréacteur, caractérisée en ce qu'elle comprend un ensemble de lèvre d'entrée d'air selon l'invention.
La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui suite en regard du dessin annexé dans lequel :
La figure 1 est u ne représentation schématique d'un ensemble d'éléments chauffant arrangés sur la périphérie d'une lèvre d'entrée d'air et alimentés par un réseau triphasé monté en étoile selon l'art antérieur.
La figure 2 est une représentation schématique d'un ensemble d'éléments chauffant arrangés sur la périphérie d'une lèvre d'entrée d'air et alimentés par un réseau triphasé monté selon l'invention.
La figure 3 est une représentation schématique d'un élément chauffant selon l'invention équipant un ensemble tel que représenté à la figure 2.
Comme représenté schématiquement sur la figure 1 , un ensemble système de dégivrage 1 équipant un ensemble de lèvre d'entrée d'air d'une nacel le de tu rboréacteu r com prend u ne pl u ral ité, ici s ix, d e g rou pes 2 d'éléments électriques chauffants 4 régulièrement disposés sur la périphérie de l'entrée d'air, chaque groupe 2 d'éléments électrique chauffants 4 comprenant lui-mêm e u n e pl u ra l ité d 'él ém ents él ectriq u es ch a uffa nts 4 d isposés radialement (ici six éléments chauffants 4 par groupe 2). L'ensemble de dégivrage 1 est alimenté par une source d'alimentation triphasée 5 comprenant un conducteur d'une première phase P1
( ), d'une deuxième phase P2 ( ), et d'une troisième phase P3( ),.
L'alimentation comprend également un connecteur neutre N {■ ■).
Chaque groupe 2 et élément chauffant 4 dudit groupe est relié d ' u ne pa rt à u n connecteu r de phase P 1 , P2 ou P3, et d 'autre part, au conducteur neutre N.
Classiquement, la figure 1 montre un montage en étoile du système de dégivrage 1 conformément à l'art antérieur.
Dans une telle configuration, l'alimentation électrique traverse les éléments chauffants 4, le conducteur de phase P1 , P2, P3 entrant d'un côté dudit élément 4 et ressortant au neutre N par un côté opposé.
Les conducteurs neutre sont reliés entre eux et forment un neutre flottant.
Comme expliqué précédemment, un tel schéma de montage entraîne la formation de nombreuses boucles inductrices couvrant une surface importante du système de dégivrage 1 .
La figure 2 montre un schéma de montage selon l'invention d'un système de dégivrage 10.
Le montage de la figure 2 diffère du montage en étoile selon l'art antérieur par le fait que pour chaque élément chauffant 4, le conducteur de phase P1 , P2, P3 est regroupé du même côté et à proximité du conducteur neutre N.
Avantageusement, les entrées et sorties d'alimentation des éléments chauffant sont bifilaires comprenant un conducteur de phase P1 , P2, P3 et un conducteur neutre N.
Il ressort clairement de la figu re 2 que les boucles inductrices susceptibles d'être formées sont, d'une part, moins nombreuses, et d'autre part, offrent une surface réduite.
La figure 3 illustre un élément chauffant 4 équipant de manière avantageuse le système de dégivrage 100.
L'élément chauffant 4 se présente sensiblement sous la forme d'un tapis, ou d'une bande rectangulaire à l'intérieur de laquelle circule un élément résistif chauffant 7 formant un serpentin.
Contrairement à l'art antérieur, l'élément résistif chauffant ne forme plus un serpentin traversant l'élément chauffant 4 qui présentait un élément conducteur P1 , P2, P3 et un conducteur neutre N sur des côtés opposés, mais présente un serpentin qui est arrangé de manière à former deux pistes sensiblement parallèles le long de l'élément chauffant 4.
Un tel arrangement permet de réduire considérablement la surface de boucle inductrice formée par le serpentin.
L'optimisation du câblage du serpentin en plus de l'optimisation du câblage du système de dégivrage précédemment présenté permet de diminuer et surtout de ne pas sur dimensionner la taille des composants de protection anti-foudre qui sont présents dans les différents organes électriques de la nacelle et de l'aéronef.
Pl us précisément, un tel agencement peut être qualifié de « différentiel » dans la mesure où un courant induit générant une perturbation circule de façon sensiblement identique sur les deux connecteurs de phase P1 , P2, P3 et neutre N et dans l'élément chauffant 4. Les effets indirects des courants ind u its par la foud re dans le système de dég ivrage en sont grandement minimisés.
Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Ensemble de lèvre d'une nacelle de turboréacteur équipé d'au moins un système de dégivrage électrique (10) comprenant au moins un élément électrique chauffant (4) alimenté électriquement par l'intermédiaire d'au moins un conducteur d'alimentation (P1 , P2, P3), chaque conducteur d'alimentation étant associé à un conducteur neutre (N) ou « terre » disposé de manière regroupée à proximité du conducteur d'alimentation correspondant.
2. Ensemble de lèvre selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'élément électrique chauffant (4) est alimenté en courant alternatif, préférentiellement triphasé (5).
3. Ensemble de lèvre selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque phase est bifilaire comprenant un conducteur de phase (P1 , P2,
P3) et un conducteur neutre (N) ou « terre ».
4. Ensemble de lèvre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément électrique chauffant (4) possède au moins un côté et les conducteurs d'alimentation (P, N) et neutre sont disposés sur ce même côté.
5. Ensemble de lèvre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément électrique chauffant (4) est un tapis ou ruban chauffant.
6. Ensemble de lèvre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément électrique chauffant (4) comprend au moins un serpentin (7) résistif disposé entre un conducteur d'alimentation (P) et son conducteur neutre (N) associé.
7. Ensemble de lèvre selon la revendication 6, caractérisé en ce que le serpentin (7) résistif est disposé selon au moins deux pistes en serpentin.
8. Ensemble de lèvre selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux pistes sont sensiblement parallèles.
9. Ensemble de lèvre selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le serpentin (7) s'étend sensiblement le long d'une longueur de l'élément « lectrique chauffant (4).
10. Nacelle de turboréacteur, caractérisée en ce qu'elle comprend un ensemble de lèvre d'entrée d'air selon l'une quelconque des revendications
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