Brevet FR2061549A1 — publié le 19710625

On sait que l'application d'un champ électrostatique entre un corps et une électrode de référence peut être utilisée utilement pour agir sur les caractéristiques d'rechange de chaleur, les caractéristiques d'écoulement d'un fluide et les caractéristiques de résistance hydrodynamique entre le corps sus mentionné et un fluide qui l'entoure. En particulier, les caractéristiques de résistance hydrodynamique du corps se dépla çant à travers le fluide qui l'entoure peuvent également être influencées par un champ électrostatique. On sait également que l'application d'une charge électrostatique à proximité diun corps se déplaçant dans un fluide chargé peut être utilisée pour agir sur les caractéristiques d'échange de chaleur, d'écoulement du fluide et de résistance hydrodynamique mentionnées ci-dessus. L'application d'une charge électrique à la zone entourant le corps ou au corps luimAeme peut créer une attraction ou une répulsion ou peut provoquer la neutralisation des constituants dudit fluide. Ces applications connues figurent, par exemple, dans le brevet français NO 1.439.905. La présente invention concerne des dispositifs particuliers pour crier le champ électrostatique et, en particulier, pour charger électriquement la région entourant le corps ou le corps lui-me. Dans un mode d'exécution de l'invention, on crée un champ électrostatique autour d'un corps de façon que l'inten- sité de ce champ électrostatique varie avec la position du corps. Le champ électrostatique est le plus intense la où ctest le plus nécessaire et, par conséquent, on peut économiser de l'énergie électrostatique en réduisant l'intensité du champ dans les régions où son existence n'est pas nécessaire. Plus spécialement, dans le cas particulier d'un corps se déplaçant dans un fluide, il est souhaitable que le champ électrostatique soit maximal à proximité de la partie avant du corps et minimal à proximité de sa partie arriere. De cette manière, on agit sur le fluide dans des régions où les caractéristiques thermiques, de viscosité et de frottement hydrodynamique agissent le plus énergiquement sur le corps. Le champ électrostatique ayant les caractéristiques mentionnées ci-dessus peut être créé par de nombreux dispositifs. On décrit ci-après deux dispositifs. Dans le premier, le corps est entouré d'un tube isolant dans lequel une électrode est noyée à proximité de la partie avant du corps. Une différence de potentiel électrique est établie entre le corps et l'électrode. Dans le second dispositif, qui convient mieux pour l'utilisation à bord d'un aéronef, plusieurs anneaux servant d'électrodes sont fixés sur ce corps. On applique à chaque anneau une tension, ladite-tension étant maximale pour les anneaux à l'avant et diminuant~progressivement en direction des anneaux arrière. .Dans un autre- mode de réalisation de la présente invention, la surface du corps, ou l'espace entourant celui-ci, sont chargés électriquement. Dans une forme de. mise en oeuvre, un gaz ionisable est expulsé de l'extrémité avant d'un corps se déplaçant au sèin d'un fluide. Ce gaz, quand il est chauffé par le fluide qui se déplace rapidement par rapport au corps, ionise et charge la région de la surface de ce corps. De cette manière, cette surface- peut attirer ou repousser les ions présents dans le fluide ou peut neutraliser ces derniers.Dans une variante, on utilise une matière radio-active pour recou vrir la surface du corps et emettre de cette manière des particules chargées, ce qui peut être considéré comme équivalent à conférer une charge électrique à la région à proximité de la surface du corps. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre cotent l'invention peut autre réalisée. La figure 1 est une représentation d'un dispositif actuellement connu. La figure 2 représente une première forme de réalisation de la présente invention. La figure 3 est une première variante de la première forme de réalisation de la présente-invention. La figure 4 est une deuxième variante d'une première forme de réalisation de la présente invention. La figure 5 est une seconde forme de réalisation de la présente invention. La figure -6 est une première variante de la seconde forme de réalisation de la présente invention. La figure 7 est une deuxième variante de la seconde forme de réalisation de la présente invention ; et la figure 8 est une troisième variante de la seconde forme de réalisation de la présente invention. Si l'on applique un champ électrostatique entre un corps et une électrode de référence, de la manière représentée sur la figure 1, des molécules ayant des moments dipolaires naturels ou induits tendront à s'aligner sous l'action du champ électrique. Un dipôle sera également créé sur une molécule normale par son déplacement dans un champ électrique. Sur cette figure, les molécules 10 sont soumises à un champ électrostatique représenté par les lignes 12 en trait interrompu. Ce champ électrostatique est engendré en appliquant une différence de potentiel entre le corps 14 se déplaçant par rapport au fluide constitué par les molécules 10 et une électrode de référence 16. Cette différence de potentiel est engendrée par une source 18 de tension électrique raccordée au corps i4 par une électrode 20 et raccordée à l'électrode de référence 16 par une autre électrode 22. Comme l'indique la figure 1, des molécules constituant le fluide à travers lequel se déplace le corps 14 sont alignées de façon à offrir une moindre résistance à 1' avance- ment du corps 14. Cet alignement est une conséquence directe de l'interaction entre les dipôles des molécules et le champ électrostatique. Si le corps 14 se déplace à travers un fluide contenant un grand nombre d'ions, par exemple ceux qui ont acquis une charge statique par frottement dans le courant de fluide, il est bien évident que le dispositif de la figure 1 sert à agir sur les caractéristiques thermiques, de viscosité et de frottement hydrodynamique du fluide. Ceci est la conséquence du fait que les masses chargées sont attirées ou repoussées par le corps 14, chargées grâce à la différence de potentiel entre l'électrode de référence 16 et le corps 14. Par ailleurs, on peut utiliser ce phénomène pour neutraliser les masses chargées électriquement dans le courant de fluide avant qu'elles ne risquent d'agir chimiquement sur le corps 14 ou sur d'autres pellicules chargées sur ce corps, dégageant ainsi de la chaleur. On a observé que les effets des particules chargées 10 sur le corps 14 sont les plus importants à l'extrémité avant de ce corps. On a également observé que l'intensité du champ électrostatique 12 influe davantage sur les particules 10 au voisinage de la région où ce champ atteint tout d'abord le corps 14. C'est l'utilisation la plus efficace du champ électrostatique qui est l'objectif de la présente invention. Si l'on se reporte maintenant à la figure 2, elle représente une première forme de réalisation de la présente invention dans laquelle on concentre le champ électrDstatique au voisinage des régions qui ont l'influence la plus marquée sur les caractéristiques qu'on veut modifier. Plus particulièrement, elle représente un corps 24 entouré d'un tube 26 en matière isolante. Une électrode annulaire 28 est noyée dans le tube 26. L'électrode 28 est placée à proximité de l'extrémité avant du corps 24. Un champ électrostatique est établi entre le corps 24 et l'électrode 28 au moyen d'une source de tension 30 qui est reliée au corps 24 par une électrode 32 et qui est raccordée à l'électrode de référence 28 par une autre électrode 34.Le champ électrostatique est indiqué par des lignes 36 en trait interrompu et on voit, dans cette figure, qu'il est le plus intense à proximité de la partie avant du corps 24. Le fluide entourant le corps 24 est représenté comme étant constitué par ur grand nombre de particules 38 qui peuvent être des molécules renfermant un dipôle ou, tout simplement, des particules chargées. On a observé que le dispositif représenté sur la figure 2 convient très bien pour aligner les dipôles ou pour repousser, attirer ou neutraliser les particules chargées, constituant le fluide entourant le corps 24. Comme indiqué cidessus, les dipôles ou les particules chargées sont désignées par le numéro de référence 38. En plaçant de cette manière l'électrode 28 de référence par rapport au corps 24, les dipôles ou les particules chargées 38 sont effectivement alignées avant de venir en contact avec le corps 24. Ensuite, lorsque les dipôles ou particules se déplacent en direction des régions arrière du corps 24 où l'alignement n'a plus autant dtimpor- tance, l'intensité du champ électrostatique diminue. Par conséquent, cela entratne une économie d'énergie. En faisant varier la largeur e de 1' anneau 28 et/ou son emplacement par rapport au corps 24 ainsi que la distance de ce dernier, et en faisant varier la différence de potentiel appliquée par la source de tension entre l'anneau et le corps, on provoquera une variation du gradient du champ électrostatique lorsqu'on se déplacera de la partie avant du corps 24 en direction de la partie arrière de ce dernier. La réalisation représentée sur la figure 2 tend à se compliquer quelque peu pour un aéronef. Par conséquent, on a représenté sur la figure 3 une forme de réalisation de la présente invention particulièrement adaptée à l'utilisation avec un aéronef. Si l'on se reporte à cette figure, l'aéronef 40 comprend une série d'électrodes annulaires 42, 44, 46 et 48 dont le potentiel, en partant de l'anneau 42 et en se dirigeant vers l'anneau 48, diminue d'un anneau à l'autre. On a, par conséquent, V1 > V2 > V3 > V4. On crée, de cette manière, un champ électrostatique semblable à celui représenté sur la figure 2 et, âr conséquent, les effets sur les caractéristiques thermiques, de viscosité-et de résistance à l'avancement sont également semblables. La figure 4 représente une variante de la forme de réalisation de la présente invention décrite ci-dessus. Au lieu de faire varier le potentiel appliqué à des électrodes successives équidistantes, comme dans le cas de la figure 3, la figure 4 montre qu'on peut obtenir le même résultat en appliquant un potentiel constant à une série d'électrodes dont on fait varier l'espacement. Sur la figure 4, le corps 50 est associé à plusieurs électrodes 52. On applique à chaque électrode 52 une tension V1 ; toutefois, l'espacement entre les électrodes 52 dans la partie avant du corps 50 est moindre que l'espace- ment dans-la partie arrière. Dans les circonstances où il est souhaitable, avantageux ou nécessaire d'ioniser de façon appréciable le fluide entourant le corps, tout au moins à proximité immédiate de ce corps, on peut accroître le taux d'ionisation en recouvrant ce corps d'une matière radio-active appropriée, telle que la pechblende, un corps radio-actif naturel, ou toute autre matière radio-active choisie, par exemple, parmi de nombreux isotopes radio-actifs. La radio-activité de ces matières provoque une ionisation du fluide circulant à proximité du corps sur lequel elles sont fixées.Si la matière radio-active étant également capable d'exciter des mouvements de rotation et de vibration dans la structure moléculaire du fluide entourant localement le corps - comme cela serait le cas avec une matière émettant un rayonnement ou - la viscosité locale du fluide serait réduite et le frottement sur le revêtement du corps serait diminué. A ces deux phénomènes est associé. un echange de chaleur réduit entre le corps et le fluide. Cette fprme de réalisation de l'invention, dont le fonctionnement repose sur l'utilisation d'une matière radioactive, est représentée sur les figures 5, 6 et 7. Si l'on se reporte, en particulier tout d'abord à la figure 5, un corps 54, par exemple une partie d'un aéronef, est recouvert d'une couche de matière radio-active 56. Comme on l'a indiqué ci-dessus, la présence de cette matière radio-active augmente considérablement le taux d'ionisation du fluide en contact direct avec le corps 54 et, comme on l'a vu également plus haut, on observe une réduction associée de la viscosité locale du fluide et du frottement entre le corps et le fluide qui l'en- toure, ces réductions étant des conséquences directes de la présence de la matière radio-active. Il est connu qu'on peut utiliser des matériaux semi conducteurs- pour agir sur la- conductivité thermique, tout comme on peut utiliser une batterie pour polariser dans le sens inverse une jonction p-n et arrêter ainsi toute circulation d'un courant à travers celle-ci. Ce qui précède est décrit dans le brevet français N" 1.439.905. Les électrons ou ions contenus dans le fluide entourant la surface de transfert de la chaleur agissent sur la jonction p-n pour polariser cette dernière en sens inverse et réduire de cette manière la conductivité thermique entre le fluide et la surface de transfert de la chaleur, ce fluide agissant comme la batterie ou la source d'électrons. On a découvert que ce principe peut être mis en oeuvre avantageusement, nîeme si des fluides ionisés naturellement, comme ceux présents dans l'ionosphère, sont absents (cette déeouverte s'applique également à l'invention telle qu'elle est représentée sur la figure 5). On a découvert que le fluide entourant l'agent d'échange de la chaleur peut être ionisé artJficiellements par exemple par une matière radio active -associée à la jonction semi-conductrice. La présente forme de réalisation peut présenter l'avantage supplémentaire que la jonction p-n peut être utilisée comme générateur thermo-électrique. Cette utilisation est possible puisque la jonction p-n absorbe de- la chaleur provenant du fluide et la transforme en électricité. Cette énergie électrique pourrait être transmise à l'équipement intérieur du véhicule associé. Si l'on se reporte maintenant aux figures 6 et 7, le corps d'un aéronef ou d'un objet analogue est désigné par la référence 58. La surface du corps 58 est recouverte d'une jonction p-n formée avec une couche de matériau semi-conducteur 60 du type p et une couche de matériau semi-conducteur 62 du type n qui sont en contact direct. Une couche de matière radio-active 64 est également associée au corps 58. Sur la figure 6, la couche de matière radio-active 64 est représentée couvrant la surface extérieure du matériau semi-conducteur du type p et, sur la figure 7, la couche de matériau 64 radioactif est représentée dans une position où elle est comprise entre la région intérieure du matériau semi-conducteur du type n et la surface du corps 58.Cette matière radio-active peut Aetre mise en place par peinture ou bien en la déposant sur le corps ou sur le matériau semi-conducteur ou bien elle peut, en variante, être répartie ou diffusée dans les régions du semi-conducteur, ou, par ailleurs, constituer une partie desdites régions. Une autre forme de réalisation de la présente invention, particulièrement applicable à un aéronef, dans laquelle le problème à résoudre consiste à abaisser la température du revêtement de l'aéronef, ou à empêcher un échauffement excessif de celui-ci, est représentée sur la figure 8. Sur cette figure, la partie de l'aéronef 66 la plus proche du nez de celui-ci comporte des moyens 68 pour émettre un gaz ionisant 70, tel que de la vapeur de césium, chaque fois qu'il est important de régler la température du revêtement. La chaleur de frottement dégagée du fait du contact de la vapeur de césium avec l'aéronef provoque une ionisation du sodium qui engendre des ions positifs et la surface de l'aéronef 66 acquiert une charge positive.Cette charge positive repousse les ions dans le fluide entourant le corps et, par conséquent, diminue le transfert de chaleur entre le fluide et le corps à protéger contre un échauffement excessif. Par ailleurs, le fait que les ions de césium repoussés entraînent avec eux certains ions de gaz provoque une diminution du frottement du revêtement du corps dans le fluide. On a décrit ci-dessus plusieurs formes de réalisation de la présente invention. Comme on l'a expliqué, la présente invention donne la possibilité d'agir effectivement sur les caractéristiques de conductivité thermique, de viscosité et de frottement sur le revêtement d'un corps se déplaçant dans un fluide. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Appareil pour agir sur les caractéristiques thermiques, de viscosité et de frottement d'un revêtement associé à un corps solide se déplaçant dans un fluide et en contact avec lui, comprenant : des moyens pour engendrer un champ électrostatique dans la région dudit corps et d'autres moyens pour ajuste-r l'intensité dudit champ électrostatique de façon que l'intensité de ce champ soit maximale à l'extrémité antérieure de la surface dudit corps et minimale à l'extrémité arrière de la surface dudit corps. 2.- Appareil selon la revendication 1, dans lequel ledit dispositif pour régler l'intensité du champ électrostatique comprend une électrode placée plus près de l'extrémité avant du corps que de l'extrémité arrière de celui-ci et des moyens pour appliquer une différence de potentiel électrique entre ladite électrode et ledit corps. 3. - Appareil selon la revendication 2, dans lequel ladite électrode a la forme d'un anneau espacé dudit corps et isolé par rapport à ce dernier. 4.- Appareil selon la revendication 1, dans lequel les moyens pour agir sur l'intensité du champ électrostatique comprennent : plusieurs électrodes conductrices supportées par le corps sus-mentionné et également espacées sur au moins une partie de celui-ci et des moyens pour appliquer des potentiels électriques auxdites électrodes; le potentiel appliqué à l'électrode de l'extrémité avant étant supérieur au potentiel appliqué à l'électrode placée la plus en arrière tandis que le potentiel appliqué aux électrodes intermédiaires diminue graduellement lorsqu'on passe de la partie avant à la partie arrière dudit corps. 5. - Appareil selon la revendication 4, dans lequel l'espacement des électrodes successives est plus faible à l'extrémité avant du corps que dans la partie la plus proche de l'arrière de celui-ci et comprenant de plus des moyens pour appliquer le même potentiel à chacune desdites électrodes. 6. - Procédé permettant d'agir sur les caractéristiques thermiques et de viscosité d'un fluide et de frottement hydrodynamique entre ce fluide et un corps solide se déplaçant dans ledit fluide et en contact avec lui dans lequel on établit un champ électrostatique autour du corps précité de façon que l'intensité de ce champ soit maximale à proximité de l'extrémité avant dudit corps et soit minimale à proximitéde l'extrémité arrière de ce dernier. 7.- Procédé selon la revendication 6, dans lequel on ionise intentionnellement le fluide entourant directement ce corps-. 8.- Procédé selon la revendication 7, dans lequel le fluide entourant le corps précité est ionisé par une matière radioactive associée à ce corps. 9. - Procédé selon la revendication 8, dans lequel ladite matière radioactive recouvre tout au moins une partie de la surface dudit corps. 10.- Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit corps est recouvert, au moins en partie, par un premier et un second matériau semi-conducteur formant une jonction p-n, ladite matière radioactive recouvrant la surface extérieure du matériau semi-conducteur extérieur. 11.- Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit corps est recouvert, au moins en partie, par un premier et un second matériaux semi-conducteurs formant une jonction p-n, ladite matière radioactive étant placée entre le corps précité et le matériau semi-conducteur intérieur. 12. - Procédé selon la revendication 8, dans lequel ladite matière radioactive est noyée dans un matériau semiconducteur recouvrant au moins une partie dudit corps. 1).- Procédé selon la revendication 7, dans lequel la région entourant directement le corps précité est ionisée par éjection, à partir dudit corps et à proximité de l'extré- mité avant de celui-ci, d'un gaz ionisable. 14.- Procédé selon la revendication 13, dans lequel ledit gaz est de la vapeur de césium. 15. - Appareil destiné à agir sur les caractéristiques thermiques et de viscosité d'un fluide et de frottement hydrodynamique entre ce fluide et un corps solide se déplaçant dans ledit fluide et en contact avec lui, comprenant une matière radioactive supportée par au moins une partie du corps précité et le recouvrant. 16.- Appareil selon la revendication 15, comprenant de plus une jonction p-n de matériaux semi-conducteurs associée à ladite matière radioactive. 17.- Appareil pour agir sur les caractéristiques thermiques et de viscosité d'un fluide et de frottement hydrodynamique entre ce fluide et un corps solide se déplaçant à l'intérieur dudit fluide et en contact avec lui, comprenant des moyens pour émettre un gaz ionisable à partir de la partie antérieure dudit corps. 18.- Appareil selon la revendication 17, dans lequel ledit gaz ionisable est de la vapeur de césium.