Brevet FR2192022A1 — publié le 19740208

La présente invention a pour objet un dispositif perfectionné d'évacuation des charges d'électricité statique accumulées à bord d'un aéronef, tel qutun avione Il est connu que les aéronefs se chargent d'électricité statique par influence vis-à-vis des nuages et du sol, et/ou par frottement sur des particules électrisées, et/ou par suite du fonctionnement du moteur. Ils acquièrent, par conséquent, un potentiel électrostatique variable, positif ou négatif, dont le niveau peut entre très important. Un champ électrique prend naissanve, de. ce fait, tout autour de l'aéronef, dont l'intensité, en chaque point, est fonction du potentiel précité et de la forme du contour de l'aéronef au voisinage du point considéré.Lorsque l'intensité du champ électrique en un point dépasse un certain seuil, il se produit une décharge analogue à celle que l'on observe dans les orages. Ces phénomènes sont préjudiciables à la sécurité de l'aéronef et à la bonne marche de ses équipements de télécommunications et de radio-guidage. Aussi, pour s'en prémunir, a-t-on déJà songé à évacuer les charges d'électricité statique accumulées à bord de ltaéro- nef. Les dispositifs connus utilisés à cet effet, comDrennent des pointes ou touffes de poils conducteurs qui, placées judicieu- sement aux points où l'intensité du champ électrique est maximale, assurent l'écoulement des charges d'électricité statique à partir d'un seuil non préjudiciable à la sécurité de l'aéronef. Ces dispositifs sont souvent appelés "déperditeurs de potentiel". l'expérience a montré que les-dispositifs déperditeurs de potentiel du type à pointes ou à touffes, sont surtout efficaces pour les avions volant à des vitesses subsoniques et à faible ou moyenne altitude. Ils semblent, par contre, peu efficaces, pour les avions volant à haute altitude et à des vitesses supersoniques. Ces dispositifs présentent, en outre, l'inconvénient d'entre fragiles. La présente invention vise, d'une manière générale, à créer un dispositif évacuateur de charges d'électricité statique, qui soit également efficace en vol supersonique et à haute altitude, et dont le fonctionnement ne soit pas fondé sur le pouvoir des pointes, Elle repose sur la constatation que, lorsque dans un aéronef propulsé à l'aide d'un turboréacteur, on fait fonc tionner ledit réacteur en régime de post-combustion, les récep tions radio-électriques à bord de l'aéronef deviennent particu lièrement claires, c'est-à-dire sans perturbations radio-électri ques. Des expériences ont également mis en évidence le fait que, dans les mêmes conditions de fonctionnement du réacteur, les déperditeurs de potentiel classiaues ne sont traversés par aucun courant.Tout se passe donc comme si le réacteur fonctionnant en régime de post-combustion assurait lui-meme l'évacuation des charges électrostatiques de l'aéronef, ce qui peut s'expliquer Si l'on considère que le canal de post-combustion du réacteur constitue un générateur de gaz chauds à température suffisante pour que le jet gazeux qui s'échappe par la tuyère du réacteur soit partiellement ionisé, donc électriquement conducteur. L'é- vacuation des charges électrostatiques de l'aéronef, par l'in- termédiaire dudit jetgazeux ionisé, s'effectue toutefois avec un rendement faible : ces charges sont, en effet, toujours éjec tées à la meme vitesse - celle du jet - quels que soient le niveau et le signe du potentiel acquis par l'aéronef. La présente invention met en oeuvre le meme phénomène - à savoir la création et l'éjection d'un flux gazeux ionisé qu'elle optimise, de manière à permettre l'évacuation, avec un rendement élevé, des charges électrostatiques accumulées à bord de l'aéronef. Conformément à l'invention, un dispositif d'évacua tion des charges électrostatiques accumulées à bord d'un aéro nef, comprend, en combinaison, portés par ledit aéronef, un générateur d'ionisation propre à engendrer un flux gazeux ionisé, une tuyère permettant d'ejecter à l'extérieur de l'aéronef ledit flux gazeux ionisé, une grille de commande disposée dans ladite tuyère et traversée par ledit Blux gazeux ionisé, un générateur de tension électrique pérmettantd1applïquer un potentiel à ladité grille, un dispositif senseur permettant de détecter le niveau etle signe du potentiel électrostatique acquis par l'aé ronef, et des moyens de réglageassociés audit générateur de tension et permettant de regler le niveau et le signe du poten tiel appliqué à la grille de~commånde, en fonction du niveau et du signe du potentiel de l'aéronef détectés par ledit dispositif senseur. Suivant un mode dtexé-cution préféré, le dispositif senseur de potentiel est également relié fonctionnellement au générateur d'ionisation, de manière à piloter le fonctionnement dudit générateur d'ionisation, en fonction du niveau du potentiel de 11 aéronef. La description qui va suivre en regard du dessin an nexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure t est une vue schématique, en coupe longitudinale, d'un dispositif d'évacuation de charges électrostatiques, conforme à l'invention, ledit dispositif étant monté à bord d'un aéronef. La figure 2 est une vue schématique d'un générateur de tension, permettant de créer un potentiel de niveau et de signe variables, ledit générateur faisant partie du dispositif d'évacuation de charges représenté à la figure 1. Sur la figure 1, on a désigné par le repère 1 un aéronef, tel qu'un avion, équipé d'un générateur d'ionisation propre à engendrer un flux gazeux ionisé F. Dans l'exemple représenté, ce générateur d'ionisation est constitué par un petit générateur de gaz à très haute température, du type comprenant une chambre de combustion 2, alimentée en gaz comburant (par exemple, en air comprimé), et dans laquelle débouche un injecteur 3 de carburant. Ce dernier est alimenté en carburant au moyen d'une canalisation 4, dans laquelle est intercalé un doseur de débit 5 permettant de régler le débit de carburant s'échappant de l'injecteur 3. Ce débit de carburant est toujours maintenu dans une gamme de valeurs telles que, compte tenu du débit de gaz comburant pénétrant dans la chambre de combustion 2, la température du flux gazeux F engendré dans ladite chambre soit suffisamment élevée pour que ledit flux soit au moins partiellement ionisé. Il est également possible, pour parfaire l'ionisation dudit flux, d'ensemencer ce dernier au moyen d'éléments chimiques à faible potentiel d'ionisation, par exemple par injection d'une faible quantité d'une poudre d'un sel d'un métal alcalin, tel que le potassium. En variante, on pourrait également avoir recours, pour servir de générateur d'ionisation, à une torche à plasma. Une tuyère 6, orientée avantageusement vers l'arrière, permet d'éjecter à l'extérieur de l'aéronef 1, le flux gazeux ionisé F qui s'échappe du générateur d'ionisation (2,3). Dans cette tuyère est disposée une grille de commande 7, électriquement isolée de ladite tuyère et traversée par le flux gazeux ionisé F. Cette grille est polarisée à un potentiel élevé Ep (par exemple, compris entre 5000 V et 15.000 V), positif ou négatif, au moyen d'un générateur de tension 8 auquel sont associés des moyens de réglage permettant de régler le niveau et le signe dudit potentiel. Un dispositif senseur (9), par exemple du type à électromètre, condensateur tournant, ou autre, permet de détecter le niveau et le signe du potentiel électrostatique acquis par l'aéronef. Ce dispositif senseur fournit à une chaine d'asservissement 10 une tension de commande E c proportionnelle au niveau de ce potentiel et de signe convenable. Cette tension Ec > après traitement par la chaine d'asservissement 10, assure trois commandes, à savoir : - une commande (eut) de niveau du potentiel Ep appliqué à la grille 7; - une commande () du signe dudit potentiel E; et - une commande (Egi) de pilotage du générateur d'ionisation (2,3); à cet effet, le signal Egiw convenablement amplifié dans un amplificateur il, est appliqué au doseur 5 de débit de carbu rant alimentant la chambre de combustion 2. Le dispositif évacuateur conforme à l'invention fonctionne comme suit : On supposera qu'à un instant donné, l'aéronef 1 est chargé, par exemple, positivement (voir figure 1). Dans le flux gazeux ionisé F qui parcourt la tuyère 5 sont alors présentes des charges électriques de deux origines : un premier groupe de charges provient de l'ionisation du flux gazeux dans le gêné- rateur dtionisation 2,3, et il est composé de charges positives et négatives, en nombre égal; un second groupe de charges provient de l'aéronef 1, et il est composé, à un instant donné, uniquement de charges de même signe; dans l'exemple considéré, ces charges de même signe sont donc des charges positives. La grille 7 de commande est, dans ce cas, polarisée à un potentiel Ep négatif, et assure un tri des charges électriques présentes dans le flux ionisé F. Les charges positives - y compris, par conséquent, les charges accumulées à bord de l'aéronef 1 et qui s'écoulent dans ledit flux - sont accélérées par la grille 7, comme représenté schématiquement par les flèches f. Ces charges traversent la grille ou sont neutralisées par elles, et sont ainsi, de toute façon, éliminées. Quant aux charges négatives, elles sont repoussées par la grille 7 dans la structure de l'aéronef, où elles viennent neutraliser les charges positives restantes. Le potentiel de l'aéronef retombe ainsi rapidement à un niveau faible. Le niveau et le signe du potentiel de polarisation E de la grille de commande 7, sont continuellement réglés en p fonction des informations fournies par le dispositif senseur 9, de manière qu'à chaque instant le processus d'évacuation des charges électrostatiques soit adapté au niveau et au signe du potentiel de l'aéronef, à l'instant considéré. le rendement de ce processus conserve donc toujours une valeur élevée. En même temps, le générateur d'ionisation 2,3 est piloté (par action sur le débit du carburant alimentant la chambre de combustion 2), en fonction du niveau instantané du potentiel électrostatique de l'aéronef, détecté par le dispositif senseur 9, ce qui permet donc d'améliorer également, de façon notable, le rendement dudit générateur et, par cela même, de minimiser la taille et le poids de ce dernier. On a supposé, jusqu'à présent, que l'aéronef 1 était chargé positivement. Dans le cas où l'aéronef serait chargé négativement, le fonctionnement du dispositif évacuateur conforme à l'invention serait identique, à ceci près, que la grille de commande 7 serait polarisée à un potentiel positif. La figure 2 représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation du générateur de tension 8 et des moyens de réglage associés audit générateur. On reconnatt sur cette figure, l'aéronef 1, le dispositif senseur 9, la channe d'asservissement 10, et la grille de commande 70 Le générateur 8 comprend un convertisseur statique 20 à transformateur de sortie 21, suivi de plusieurs étages multiplicateurs de tension à diodes 22 et capacités 23. le dernier étage multiplicateur de tension est connecté à la grille de commande 7, par l'intermédiaire d'un comxutateur-inverseur 24 à deux positions. la tension de sortie du convertisseur statique 20 (et, par conséquent, le niveau du potentiel E appliqué à la p grille de corrande 7) dépend de la tension d'alimentation dudit convertisseur. Cette tension d'alimentation - qui a été dési gnée par le symbole E - est délivrée par un amplificateur a opérationnel 24, à courant continu, qui reçoit et conditionne le signal de commande Eht fourni par la chaîne dtasservissement 10 à partir du signal Ec fourni par le dispositif senseur 9. Le niveau du potentiel Ep appliqué à la grille de commande 7 est donc bien fonction du niveau du potentiel électrostatique de l'aéronef 1. le système de convertisseur à transformateur présente l'avantage d'isoler le circuit primaire (basse-tension) du circuit secondaire (haute-tension) du générateur de tension, ce qui facilite, comme on le verra ci-après, l'inversion du signe du potentiel E appliqué à la grille 7. p Cette inversion s'effectue au moyen d'un dispositif de commutation comprenant le commutateur-inverseur 24 et un relais 25 d'actionnement dudit commutateur. le relais 25 est commandé par un comparateur 26 alimenté, d'une part, par le signal Et fourni par la chaîne d'asservissement 10 à partir du signal Ec fourni par le dispositif senseur 9, et, d'autre part, par un signal de référence Bref. lorsque le comparateur 26 détecte une inversion de polarite du signal E + (et, par conséquent, une inversion du signe du potentiel de l'aéronef), il envoie un signal au relais 25 qui actionnede commutateur-inverseur 24 dans le sens désiré.Le signe du potentiel E appliqué p à la grille de commande 7 est donc bien, à chacue instant, fonc- tion de celui du potentiel électrostatique de L'aéronefs Pour faciliter la commutation et éviter que celle-ci ne se produise entre deux valeurs élevées (par exemple, + 10.000 V et - 10.000 V) du potentiel de polarisation Sp appli- qué à la grille de commande 7, des moyens sont prévus pour réduire ou même annuler temporairement ledit potentiel E lorsque ledit p dispositif de commutation 24,25 est actionné. A cet effet, le comparateur 26 émet, au moment où il commande le relais 25, un signal E1 qui réduit ou annule temporairement le signal de commande Eht alimentant le générateur de tension 8. le dispositif évacuateur de charges conforme à l'invention permet de maintenir l'aéronef à un potentiel électrostatique très inférieur à celui que l'on obtient avec les déper- diteurs de potentiel connus. Il peut être utilisé, non seulement sur les avions supersoniques (où les déperditeurs classiques sont peu efficaces) mais, d'une façon générale, sur tous les aéronefs, commerciaux ou non. Il présente également un grand intéret dans le cas d'hélicoptères en vol stationnaire qui, comme on le sait, sont particulièrement sujets à se charger d'électricité statique. Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. L Aíl'10 ,sS lo Dispositif d'évacuation des charges d'électricité statique accumulées à bord d'un aéronef, caractrisé en ce qu'il comprend, en combinaison, portés par ledit aéronef, un générateur d'ionisation propre à engendrer un flux gazeux ionisé, une tuyère permettant d'éjecter à l'extérieur de l'aéronef ledit flux gazeux ionisé, une grille de conande disposée dans ladite tuyère et traversée par ledit flux gazeux ionisé, un générateur de tension électrique permettant d'appliquer un potentiel à ladite grille, un dispositif senseur permettant de détecter le niveau et le signe du potentiel électrostatique acquis par l'aéronef, et des moyens de réglage associés audit générateur de tension et permettant de régler le niveau et le signe du potentiel appliqué à la grille de commande, en fonction du niveau et du signe du potentiel de l'aéronef détectés par ledit dispositif senseur. 2. Dispositif d'évacuation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réglage associés audit générateur de tension comprennent un dispositif de commutation permettant d'inverser le signe du potentiel appliqué à la grille de commande, et des moyens pour actionner ledit dispositif de commutation lorsque s'inverse le signe du potentiel de l'aéronef. 3. Dispositif d'évacuation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage comprennent, en outre, des moyens pour réduire ou annuler temporairement le potentiel appliqué à la grille de commande, lorsque ledit dispositif de commutation est actionné. 4. Dispositif d'évacuation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit dispositif senseur de potentiel est relié fonctionnellement audit générateur d'ionisation, de manière à piloter le fonctionnement dudit générateur d'ionisation, en fonction du niveau du potentiel de l'aéronef. 5. Dispositif d'évacuation suivant la revendication 4, dans lequel ledit générateur d'ionisation comprend un générateur de gaz à très haute température, du type comprenant une chambre de combustion, un injecteur de carburant débouchant dans ladite chambre de combustion, et des moyens de réglage du débit de carburant alimentant ledit injecteur, caractérisé en ce que ledit dispositif senseur de potentiel est relié fonctionnellement auxdits moyens de réglage du débit de carburant.