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Ensemble électrique chauffant pour dispositif de dégivrage
La présente invention se rapporte à un ensemble électrique
chauffant pour dispositif de dégivrage d'une lèvre d'entrée d'air de nacelle
de
turboréacteur. L'invention concerne également une lèvre d'entrée d'air de
nacelle pour turboréacteur équipée d'un tel ensemble électrique chauffant.
L'invention se rapporte encore à une nacelle pour turboréacteur équipée d'un
ensemble électrique chauffant selon l'invention. Enfin, l'invention concerne
un
procédé de fabrication d'un tel ensemble électrique chauffant.
Un avion est propulsé par un ou plusieurs ensemble propulsifs
comprenant chacun un turboréacteur logé dans une nacelle sensiblement
tubulaire.
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, (et au sol) 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
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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 1 845
018 bien que de nombreux autres documents se rapportent au dégivrage
électrique et à ses développements. La mise en oeuvre 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.
La géométrie extrêmement courbée de la lèvre d'entrée d'air d'une
nacelle exige l'utilisation de plusieurs tapis chauffants indépendants pour
permettre de recouvrir segment par segment la totalité de la surface de la
lèvre
d'entrée d'air de la nacelle. Cette solution technique est décrite dans le
document EP 1 715 159 qui divulgue un ensemble chauffant constitué par une
pluralité de bandes rapportées dans la zone à traiter contre le givre.
Cette opération d'intégration se trouve être particulièrement longue
et fastidieuse, du fait qu'elle est réalisée manuellement.
La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients de
l'art antérieur, c'est-à-dire qu'elle a pour but de proposer un ensemble
électrique chauffant pour dispositif de dégivrage, dont l'intégration dudit
ensemble à l'intérieur d'une lèvre de nacelle de turboréacteur est
relativement
aisée et réalisée directement pendant la phase de fabrication de ladite lèvre.
A cet effet, la présente invention se rapporte à un ensemble
électrique chauffant pour dispositif de dégivrage d'une lèvre d'entrée d'air
de
nacelle de turboréacteur, comprenant au moins une portion conductrice de
courant et au moins une portion résistive, ledit ensemble électrique chauffant
étant remarquable en ce que la portion résistive comprend une pluralité de
lamelles adjacentes espacées entre elles et chacune reliée à la portion
conductrice commune de courant de façon à former au moins un évidement
dans ladite portion résistive.
Ainsi, en prévoyant des lamelles espacées, l'ensemble électrique
chauffant épouse la forme complexe de la lèvre d'entrée d'air, et peut par
conséquent aisément y être intégré. Il est ainsi possible de réaliser des
tapis de
grande taille, ce qui permet de réduire le nombre de tapis nécessaires pour
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recouvrir une surface souhaitée de la lèvre d'entrée d'air. Aussi, un ensemble
électrique chauffant selon l'invention permet de recouvrir environ 1/6ème de
la
surface de la lèvre d'entrée d'air, ce qui permet de réduire le temps
d'intégration dans la lèvre d'un tel ensemble.
Selon une caractéristique optionnelle de l'invention, les lamelles
sont espacées de manière sensiblement régulière le long de la portion
conductrice de courant.
La portion résistive comprend au moins une couche chauffante
comprenant chacune au moins un élément résistif et au moins un élément
isolant superposé audit au moins un élément résistif.
Préférentiellement, la portion résistive comprend deux couches
chauffantes.
Avantageusement, chaque couche résistive peut être alimentée
indépendamment l'une de l'autre.
Selon un autre aspect de l'invention, la portion conductrice de
courant comprend au moins un élément conducteur de phase associé à au
moins un élément conducteur neutre ou terre .
Ledit au moins un élément résistif comprend au moins un serpentin
résistif comprenant une première extrémité reliée audit élément conducteur de
phase et une deuxième extrémité reliée audit élément conducteur neutre.
Selon une autre caractéristique de l'ensemble selon l'invention, la
portion conductrice de courant comprend au moins un côté adjacent à l'un des
côtés de la portion résistive.
L'invention se rapporte également à une lèvre d'entrée d'air de
nacelle pour turboréacteur, ladite lèvre étant remarquable en ce qu'elle
comprend au moins un ensemble électrique chauffant selon l'invention.
L'invention concerne aussi une nacelle pour turboréacteur
remarquable en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de dégivrage
comprenant au moins un ensemble électrique chauffant selon l'invention
alimenté par au moins une source d'alimentation électrique.
Enfin, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un
ensemble électrique chauffant selon l'invention, ledit procédé étant
remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes visant à :
-
positionner au moins un élément résistif entre au moins deux
éléments isolants de façon à former au moins une couche
chauffante comprenant au moins une portion résistive;
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- positionner au moins un élément conducteur entre au moins
deux éléments isolants de façon à former au moins une
portion conductrice de l'ensemble électrique chauffant ;
- relier lesdites portions résistives et conductrices ;
- découper partiellement lesdites couches de façon à former au
moins deux lamelles de ladite portion résistive, lesdites
lamelles étant espacées entre elles par un évidement.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des
figures ci-annexées, dans lesquelles :
- la figure 1 illustre schématiquement un ensemble électrique
chauffant selon l'invention, en vue de dessus ;
- la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une lamelle de
l'ensemble électrique chauffant ;
- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale de l'ensemble
selon l'invention, illustrant les éléments résistifs positionnés
sur la portion diffuseur de courant ;
- les figures 4a et 4b représentent la liaison entre l'ensemble
électrique chauffant et une source d'alimentation d'un
dispositif de dégivrage ;
- la figure 5 illustre l'ensemble électrique chauffant en vue de
dessus ;
- la figure 6 est une vue isométrique d'une portion de lèvre
d'entrée d'air d'une nacelle de turboréacteur équipée de
l'ensemble électrique chauffant selon l'invention.
Sur l'ensemble des figures, des références identiques ou
analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou
analogues.
On se réfère à la figure 1, illustrant schématiquement en vue de
dessus l'ensemble électrique chauffant selon l'invention.
L'ensemble électrique chauffant 1 adopte une géométrie
sensiblement rectangulaire en forme de peigne présentant une portion
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conductrice de courant 3 à laquelle sont solidaires une pluralité de lamelles
5
ou dents, le long d'un côté C de l'ensemble 1.
Les lamelles 5 forment une portion résistive 7 de l'ensemble
électrique chauffant 1.
5 Les
lamelles représentées en figure 1 sont de forme sensiblement
rectangulaire, régulièrement espacées, le long du côté C de la portion
conductrice de courant 3.
Selon une alternative non représentée sur les figures, les lamelles
5 sont espacées le long de plusieurs côtés de la portion conductrice de
courant
3.
Par ailleurs, la géométrie d'une lamelle est susceptible d'être
modifiée en fonction de la géométrie de la pièce à laquelle l'ensemble
électrique chauffant est intégré. Plus particulièrement, le rayon de courbure
de
la pièce à laquelle l'ensemble électrique chauffant est destiné détermine la
forme et les dimensions d'une lamelle. Une lamelle peut ainsi adopter une
forme rectangulaire, triangulaire, trapézoïdale, etc.
En outre, la distance qui sépare deux lamelles entre elles est
également variable, selon les besoins de la pièce.
A cet effet, on précise que l'ensemble électrique chauffant selon
l'invention est, selon un mode de réalisation préféré, destiné à être intégré
à
une lèvre d'entrée d'air composite, monolithique ou sandwich, d'une nacelle de
turboréacteur. Bien entendu, l'ensemble chauffant peut également équiper
d'autres zones de la nacelle. De plus, un tel ensemble ne se restreint pas non
plus à une application dans le domaine de l'aéronautique.
La figure 2 illustre une lamelle 5 rectangulaire, en coupe
transversale. La lamelle 5 comprend deux couches chauffantes 9 et 11
superposées, chacune comprenant un élément résistif 13 surmonté de part et
d'autre d'un élément isolant 15.
Typiquement, l'élément résistif 13 est réalisé grâce à un matériau
métallique conducteur d'électricité, et l'élément isolant 15 est quant à lui
réalisé
par exemple à partir d'un pli de verre.
Bien sûr, les éléments résistifs et les éléments isolants peuvent
être réalisés en tout autre matériau respectivement conducteur d'électricité
et
isolant.
Le maintien entre un élément résistif 13 et un élément isolant est
réalisé grâce à des moyens adhésifs tels que de la colle 17 par exemple.
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Le nombre de couches chauffantes peut être adapté en fonction
des besoins de l'homme du métier.
On se reporte à présent à la figure 3, illustrant l'ensemble
électrique chauffant en coupe longitudinale.
L'élément isolant 15 reçoit sur sa face supérieure un élément
conducteur 19, par exemple et comme représenté, un élément filaire
conducteur de phase P, associé à un élément conducteur 21, par exemple et
comme représenté, un élément filaire conducteur neutre N.
Le conducteur de phase P et le conducteur neutre N sont
regroupés le long d'un même côté 22 de l'élément isolant 15.
On se réfère aux figures 4a et 4b. Les conducteurs de phase et
neutre sont reliés à une source d'alimentation 23 d'un dispositif de
dégivrage.
La source d'alimentation est logée dans la lèvre d'entrée d'air (non
représentée) ou à proximité, à l'intérieur de la nacelle.
La source d'alimentation peut encore indifféremment être logée
dans le fuselage de l'avion.
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 4a, la source
d'alimentation 23 est située dans le prolongement du côté 22 de l'élément
isolant 15. Selon une variante représentée en figure 4b, la source
d'alimentation est située dans le prolongement du côté perpendiculaire audit
côté C.
Les conducteurs de phase et neutre transitent, entre la source
d'alimentation 23 et l'ensemble électrique chauffant 1, à l'intérieur d'un
élément
flexible 24, par exemple réalisé dans une matière du type Kapton .
On revient à la figure 3. L'élément résistif 13 adopte une forme de
serpentin, dont une de ses extrémités est reliée au conducteur de phase P et
l'autre de ses extrémités est reliée au conducteur neutre N. Les pistes du
serpentin sont parallèles, ce qui permet avantageusement de réduire
considérablement la surface de boucle inductrice formée par le serpentin.
Toutefois, il est à noter que la forme des éléments résistifs est
adaptée en fonction de la géométrie des lamelles de l'ensemble. Ainsi, les
éléments résistifs peuvent avoir une forme autre que celle précédemment
décrite et représentée sur la figure 3.
Les éléments résistifs 13 sont connectés au même conducteur de
phase et conducteur neutre. Ils sont ainsi alimentés en parallèle.
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Chaque couche chauffante est équipée d'éléments résistifs 13 tels
que précédemment décrits.
Ainsi, chaque couche chauffante est électriquement indépendante
l'une de l'autre, c'est-à-dire que chaque couche peut être alimentée
simultanément ou indépendamment l'une de l'autre, en fonction de l'intensité
de chauffage nécessaire.
Par ailleurs, l'alimentation indépendante de chacune des couches
de l'ensemble électrique chauffant permet de diffuser de la chaleur à la lèvre
en mode dégradé , en cas de dysfonctionnement d'une des couches.
On se réfère à présent à la figure 5, illustrant l'ensemble électrique
chauffant selon l'invention, en vue de dessus, disposé à plat.
L'ensemble électrique chauffant 1 est réalisé selon le procédé de
fabrication selon l'invention.
Pour cela, on positionne sur un premier élément isolant,
typiquement un pli de verre, un élément résistif, que l'on recouvre par un
second élément isolant, de façon à former une couche chauffante et une
portion résistive. On positionne également un élément conducteur entre les
deux éléments isolants de façon à former une portion conductrice de
l'ensemble électrique chauffant. On relie ensuite lesdites portions résistives
et
conductrices.
On itère cette étape du procédé jusqu'à l'obtention du nombre de
couches voulues. On obtient alors l'ensemble électrique chauffant, présentant
une forme sensiblement parallélépipédique.
Il est important de noter que le positionnement des éléments
résistifs sur les éléments isolants dépend de la géométrie de la zone de la
pièce destinée à supporter l'ensemble électrique chauffant.
On réalise ensuite l'étape de découpage grâce à un outillage connu
de l'art antérieur. Pour cela, on positionne l'ensemble électrique chauffant à
plat et on découpe des portions dudit ensemble de façon à former des
évidements 25 dans la portion résistive 7.
Les évidements permettent d'une part l'intégration aisée de
l'ensemble électrique dans la pièce à équiper, et d'autre part une couverture
maximale de la surface de ladite pièce. A cet effet, chacun des évidements 25
peut adopter une forme spécifique différente des autres évidements de
l'ensemble, comme représenté sur la figure 5.
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L'ensemble électrique chauffant 1 est alors apte à être intégré
aisément à une lèvre d'entrée d'air 27 d'une nacelle, comme représenté en
figure 6. Lorsque l'ensemble électrique chauffant est positionné dans la lèvre
27, l'espacement entre deux lamelles adjacentes est sensiblement constant.
Grâce à la présente invention, le procédé d'intégration d'un
ensemble électrique chauffant pour dispositif de dégivrage dans la lèvre
d'entrée d'air d'une nacelle est simplifié.
En effet, la présence d'évidements entre les lamelles permet de
réduire le temps d'intégration dans la lèvre. La présence d'évidements entre
les
lamelles facilite également considérablement l'insertion de l'ensemble
électrique chauffant dans la lèvre de la nacelle, tout en permettant audit
ensemble d'épouser la forme géométrique de ladite lèvre. En outre,
l'intégration d'un tel ensemble de chauffe peut avantageusement être réalisée
pendant la phase de fabrication de la lèvre d'entrée d'air de la nacelle.
Enfin, un ensemble électrique chauffant selon l'invention peut
permettre de recouvrir jusqu'à environ 1/6è" de la lèvre d'entrée d'air de la
nacelle, ce qui permet d'éviter d'avoir à positionner manuellement segment par
segment de nombreux ensembles de chauffe de taille inférieure, comme il est
le cas selon l'art antérieur.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes
de réalisation de cet ensemble électrique chauffant, de cette nacelle
intégrant
un tel ensemble ou du procédé de fabrication d'un tel ensemble, décrites ci-
dessus à titre d'exemples, mais elle embrasse au contraire toutes les
variantes,
et notamment, et uniquement à titre d'exemple, celles où l'ensemble électrique
chauffant est intégré à un bord d'attaque d'une aile ou d'un empennage, d'une
winglet , du radôme, ou encore de pales de turbopropulseur ou
d'helicoptère.
