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FR2578377A1 - Element chauffant de dispositif de degivrage d'une structure alaire, dispositif et son procede d'obtention - Google Patents

Element chauffant de dispositif de degivrage d'une structure alaire, dispositif et son procede d'obtention Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ELEMENT 1 A RESISTANCE ELECTRIQUE ENTRANT DANS LA CONSTITUTION D'UN DISPOSITIF DE DEGIVRAGE D'UNE STRUCTURE ALAIRE TELLE QUE LA VOILURE D'UN AVION OU LES PALES D'UN HELICOPTERE COMPRENANT DES FIBRES CONDUCTRICES NOYEES DANS UNE STRUCTURE A FIBRES COMPOSITES ET DES FILS D'ALIMENTATION CONNECTES ELECTRIQUEMENT AUXDITES FIBRES CONDUCTRICES. DANS CET ELEMENT LES FIBRES CONDUCTRICES SONT DES FIBRES DE CARBONE SE PRESENTANT SOUS LA FORME D'AU MOINS UN RUBAN 2 DANS LEQUEL LES FIBRES SONT ORIENTEES LONGITUDINALEMENT, PRE-IMPREGNEES DE RESINE ET DONT AU MOINS UNE EXTREMITE EST ASSUJETTIE DANS UN ELEMENT TUBULAIRE DEFORMABLE 3 A MAILLES METALLIQUES ASSURANT LA LIAISON ELECTRIQUE PAR CONTACT AVEC LEDIT RUBAN ET PAR SOUDURE AVEC LE FIL 4 D'ALIMENTATION CORRESPONDANT.

Description

On sait que la formation du givre sur les fuselages et les voilures
d'aéronefs est due à la rencontre d'une surface froide (de température inférieure à 00C) avec des gouttelettes d'eau en surfusion contenues dans l'atmosphère. Il se produit alors des dépôts de glace sur la surface et, dans le domaine des voilures en général et particulièrement des voilures tournantes d'hélicoptères, les plus importants s'observent sur le bord d'attaque et son voisinage de la structure alaire. Il en résulte des modifications du profil des ailes ou des pales qui peuvent
être préjudiciables à leurs qualités aérodynamiques.
On connaît différents types de dispositifs permettant le dégivrage de ces zones critiques et l'un d'eux consiste à chauffer ces zones au moyen de résistances
électriques.
Plusieurs genres de résistances ont été
mis en oeuvre pour accomplir cette fonction. Tous pré-
sentent des inconvénients tels que le dégivrage par chauf-
fage reste une question qui,à l'heure actuelle,n'est pas encore résolue de manière entièrement satisfaisante. C'est ainsi qu'on a mis en place, sous une protection métallique collée au bord d'attaque de la voilures, des résistances métalliques. L'ensemble de ce dispositif est assez fragile et de durée de vie relativement courte. En-cas de panne il est pratiquement exclu d'effectuer une réparation sans
changer intégralement la totalité d'un dispositif.
La technique a évolué ensuite du côté "panneaux chauffants" c'est-à-dire la mise en place de plaques ou tapis d'une structure composite fibreuse dans laquelle des fibres conductrices sont dispersées (qu'elles soient en bore ou en carbone). L'alimentation en courant électrique devant parcourir les fibres est réalisée par la connexion de fils à un cadre métallique rapporté au bord du panneau et maintenu au contact des fibres ou à un
dépôt métallique, réalisé par vaporisation ou par voie élec-
trolytique, aux extrémités du panneau contenant les fibres.
Outre l'inconvénient d'être de montage et d'agencement complexes, ces dispositifs présentent un défaut majeur en ce qui concerne les contacts électriques nécessaires entre les fibres et les fils d'alimentation. On sait en effet que les
résines utilisées dans les matériaux composites ont un pou-
voir adhérent assez moyen, de sorte que peuvent se produire.
des décollements des clinquants métalliques distribuant le cou-
rant aux fibres. L'amélioration du collage conduit à augmenter
la résistance des points de contact entraînant une sur-
chauffe très localisée dégradant colleet résine et donc à une fragilisation de la liaison mécanique et une rupture de la liaison électrique. Par ailleurs, les surépaisseurs qui existent aux endroits des connexions électriques sont préjudiciables au respect du profil aérodynamique de la voilure et constituent une gêne à la mise en place correcte
des structures de blindage et de protection des bords d'atta-
que contre les chocs et l'érosion.
La présente invention entend remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de dégivrage dans lequel le ou les éléments chauffants sont intégrés sans altération de la résistance du bord d'attaque de la voilure, et sont connectés aux fils d'alimentation d'une manière extrêmement stable sans constituer de points critiques tant
du point de vue électrique que du point de vue-mécanique.
Le dispositif par ailleurs est obtenu par un procédé de fabrication simple qui lui permet d'être aisément adapté au profil d'aile ou de pale à équiper voire à y être intégré au
moment même de la fabrication de l'aile ou de la pale.
A cet effet l'invention a donc pour pre-
mier objet un élément à résistance électrique entrant dans
la constitution d'un dispositif de dégivrage d'une struc-
ture alaire telle que la voilure d'un avion ou les pales d'un hélicoptère comprenant des fibres conductrices noyées
dans une structure à fibres compositeset des fils d'alimen-
tation connectés électriquement auxdites fibres conductrices.
Selon l'une-des caractéristiques prin-
cipales de l'invention, les fibres conductrices sont des fibres de carbone se présentant sous la forme d'au moins
un ruban dans lequel les fibres sont orientées longitudina-
lement, préimprégné de résine et dont au moins une extré-
mité est assujettie dans un élément tubulaire déformable
à maillesmétalliques assurant la liaison électrique par con-
tact avec ledit ruban et par soudure ou sertissage avec le
fil d'alimentation correspondant.
Un second objet de l'invention réside dans un dispositif de dégivrage comportant au moins l'un des
éléments susdits et qui est constitué par une longueur, déter-
minée en fonction de la résistance à obtenir du ruban de
fibres de carbone susdit, y compris la partie du ruban recou-
verte par ledit élément tubulaire, disposée entre au moins deux couches d'un matériau composite de manière à former un
tapis chauffant.
En outre, l'élément susdit pourra être constitué d'au moins deux tronçons de ruban parallèles et côte à côte disposés de part et d'autre d'une couche intercalaire de matériau composite et reliés en série par - l'une de leurs extrémités au moyen d'un tronçon de ruban chevauchant lesdites extrémités non recouvertes par ladite
couche intercalaire.
Enfin un troisième objet de l'invention est le procédé de réalisation du dispositif de dégivrage ci-dessus dans lequel le tapis chauffant est formé à plat puis est placé entre une forme et une contre-forme o il est polymérisé sous pression pour obtenir le profil du
bord d'attaque de la structure alaire à équiper.
On pourra ensuite fixer le dispositif ainsi formé sur la structure alaire. On pourra également disposer le dispositif réalisé à plat entre la forme et la contre-forme que comprend le dispositif de moulage de la structure alaire elle-ême en matériau composite de
même nature que celui du tapis chauffant.
L'invention sera mieux comprise au cours
de la description donnée ci-après à titre d'exemple pure-
ment indicatif et non limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. I1 sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement
les principales caractéristiques de l'élément selon l'inven-
tion; - la figure 2 illustre la constitution dans son principe d'un dispositif de dégivrage; - les figures 3 à, 10 illustrent les
étapes successives de fabrication d'un dispositif de dégivra-
ge dans lequel les éléments résistants sont montés en étoile
et destinés à être alimentés en courant triphasé.
En se reportant tout d'abord à la figure 1 on voit l'extrémité d'un élément 1, résistant du
point de vue électrique, constitué par un ruban 2 de fi-
bres de carbone orientées parallèlement à la dimension longitudinale du ruban, et préimprégné d'une résine apte
à être polymérisée et durcie. On notera que pour une sec-
tion de 3 millimètres carrés la section de carbone pur est, dans un ruban utilisé de l'ordre de 1,9 mm2. L'une des extrémités 2a du ruban est coiffée d'un élément tubulaire 3
à mailles constitué par tricotage d'un fil métallique appro-
prié. A ce tricot est soudé à l'étain un fil d'alimentation 4.
dans une zone o le manchon est rassemblé autour du fil et/ou dans une zone du manchon recouvrant à la fois le ruban et
une extrémité du fil qui y est introduite. L'un des avanta-
ges de la connexion électrique réalisée par ces moyens réside dans le fait que le tricot métallique s'imprime aisément dans la résine du ruban de carbone qui après polymérisation sous pression constitue un moyen d'accrochage possédant une très bonne résistance à l'arrachement. Le contact intime des
fils métalliques et des fibres de carbone du ruban est fac-
teur de bonne qualité du contact électrique.
La figure 2 montre que pour réaliser
un dispositif de dégivrage avec l'élément 1 susdit on dis-
pose sur un substrat de base 5 isolant (par exemple tissu
de verre de préférence préimprégné) et de dimensions cor-
respondant au développé du dispositif, un élément 6 tel que 1 susdit qui est ici constitué par trois tronçons 6a, 6b, 6c de ruban de fibres de carbone qui forment une résistance électrique d'une. valeur qui dépendra, pour une section donnée du ruban, de la longueur totale de l'élément 6. Les extrémités libres des tronçons 6a et 6c sont équipés de tricots tubulaires soudés à l'étain aux fils de connexion 7a 7b. Une seconde couche de protection 8 identique à la couche 5 recouvre cette dernière et l'élément 6 qu'elle porte. Le tapis ainsi constitué peut être polymérisé sous pression entre une forme et une contre-forme reproduisant
le profil de l'aile sur laquelle le dispositif sera accosté.
On aura pris soin de placer les substrats 5 et 8 de manière qu'ils recouvrent complètement les extrémités des tronçons 6a
et 6b gainées du manchon tricoté pour que seuls les conduc-
teurs 7a et 7b soient situés à l'extérieur de l'ensemble.
La pression appliquée lors de la polymérisation permet d'une part, d'ancrer fermement les manchons dans la résine du ruban et d'autre part d'assurer un contact intime entre les deux substrats 5 et 8 dans la zone entre les deux tronçons 6a 6c créant une isolation efficace de l'un par rapport
à l'autre.
En outre le tronçon 6b ayant été simple-
ment posé à l'extrémité des tronçons 6a et 6c, la pression permet également d'obtenir une bonne continuité électrique
entre eux.
Les figures 3 à 10 illustrent la cons-
titution d'un dispositif de dégivrage destiné à être alimen-
té en courant triphasé. Sur un substrat de support 9 sem-
blable à celui 5 de la figure 2 on place trois tronçons 10 de
ruban de fibres de carbone préimprégné parallèleset régulière-
ment espacés l'un de l'autre d'une distance au moins égale à la largeur du ruban. Un tronçon de ruban 11 chevauchant
l'une de leurstrois extrémités constitue le commundu mon-
tage en triangle des trois résistances que comportera le dispositif. Une couche intercalaire 12 également en tissu de verre de préférence préimprégné est ensuite placée sur les tronçons 10 et 11 de manière
à laisser découvertes les extrémités 10a des tronçons 10.
Sur cette couche intercalaire 12 et entre les tronçons 10 on place à nouveau trois tronçons 13 de ruban de fibres de carbone pour que l'une de leurs extrémités soit à côté des extrémités lOa susdites tandis que leur autre extrémité affleure le bord transversal inférieur de la couche 9. On réalise la continuité électrique entre chaque tronçon 10 et le tronçon 13 correspondant au moyen de petits tronçons
14 qui les chevauchent deux à deux dans la zone laissée dé-
couverte par la couche intercalaire 12. Les extrémités libres des tronçons 13 sont ensuite pourvues de manchons tubulaires en tricot métallique eux-mêmes soudés à l'étain aux fils d'alimentation 16. Enfin un substrat-de protection 17
identique au substrat 9 recouvre l'ensemble.
Le dispositif de dégivrage confectionné de manière très simple à plat peut ensuite être polymérisé sous pression en forme dans un moule approprié. Il peut être également incorporé dans le moule même de constitution de la structure alaire (aile d'avion ou pale d'hélicoptère) elle-même en matériau composite. Dans ce dernier cas on aura choisi des substrats 9, 12 et 17 de même nature que ceux
qui sont utilisés pour la constitution des ailes ou pales.
L'invention trouve une application in-
téressante dans le domaine de l'aéronautique.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1.- Elément (1) à résistance électrique entrant dans la constitution d'un dispositif de dégivrage d'une structure alaire telle que la voilure d'un avion ou les pales d'un hélicoptère comprenant des fibres conductrices noyées dans une structure composite fibres/résine synthétique et des fils d'alimentation connectés électriquement auxditesfibres conductrices, caractérisé en ce que les fibres conductrices sont des fibres de carbone se présentant sous la forme d'au moins un ruban (2) dans lequel les fibres sont orientées longitudinalement, préimprégné de résine et dont au moins
une extrémité est assujettie dans un élément tubulaire dé-
formable '(3) à mailles métalliques assurant la liaison élec-
trique par contact avec ledit ruban et par soudure avec le
fil (4) d'alimentation correspondant.
2.- Dispositif de dégivrage réalisé
à partir d'au moins un élément selon la revendication 1 ca-
ractérisé en ce qu'il est constitué par une longueur (6a, 6b, 6c), déterminée en fonction de la résistance à obtenir du ruban de fibres de carbone susdit, y compris la partie du ruban recouverte par ledit élément tubulaire, disposée entre au moins deux couches (5, 8) d'un matériau composite à fibres, préimprégné, constituant-une isolation électrique, de manière à former un tapis chauffants 3.- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'élément susdit est constitué d'au moins deux tronçons (10, 13) de ruban parallèles et côte à côte disposés de part et d'autre d'une couche intercalaire (12 de matériau composite isolant et reliés en série per l'une de leurs extrémités au moyen d'un tronçon de ruban (14)
chevauchant lesdites extrémités non recouvertes par la-
dite couche intercalaire (12).
4.- Procédé de réalisation d'un disposi-
tif de dégivrage sous forme d'un tapis chauffant, carac-
térisé en ce que ledit tapis selon l'une quelconque des re-
vendicatitons 2 et 3 est formé à plat puis est placé entre
une forme et une contre-forme o il est polymérisé sous pres-
sion pour obtenir le profil du bord d'attaque de la struc-
ture alaire à équiper.
5.- Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'on fixe ledit dispositif ainsi
formé sur la structure alaire.
6.- Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que la forme et la contre-forme susdites
sont constituées par le dispositif de montage de la struc-
ture alaire elle-même en matériau composite de même nature
que celui du tapis chauffant.
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