Brevet FR2189258A1 — publié le 19740125

L'invention concerne les dispositifs pour la réduction du potentiel électrostatique des appareils volants, et elle peut être appliquée avec le maximum d'avantagqsdans l'aéronautique pour supprimer les perturbations pendant le fonctionnement des moyens de radiocommunications et des équipements électriques de navigation, ainsi que pour réduire la probabilité suivant laquelle les appareils volants risquent d'être atteints par la foudre sous l'effet d'accumulation des charges électriques à la surface de 1'appareil volant dans un milieu compact ou en dépression. On connait des dispositifs, largement appliqués sur les appareils volants modernes, destinés à réduire le potentiel électrostatique des appareils, et constitués par des générateurs de particules chargées, électriquement reliés à la carlingue de l'appareil, dont la polarité est opposée à la charge du courant du fluide relatif et/ou du jet de réaction 'échappant du réacteur de l'avion, appellés éclateurs, limitant la différence de potentiel entre l'appareil volant et l'espace environnant et fonctionnant suivant le principe de la décharge en couronne des corps effilés montés sur des secteurs de l'appareil volant à faible rayon de courbe, par exemple aux extrémités des ailes, de l'empennage ou du fuselage de l'avion. LeB dispositifs de ce type sont conçue à l'ordinaire sous forme de pointes effilées séparées ou de faisceaux de tiges effilées, et commencent à fonctionner en engendrant des particules chargées de mime polarité que le potentiel de l'appareil volant, mais seulement à partir d'une valeur suffisamment élevée de ce potentiel. Cependant les dispositifs de ce type pour la réduction du potentiel électrostatique de l'appareil volant sont sujets à toute une série d'inconvénients. L'inconvénient majeur de ce dispositif réside dans le fait que la valeur minimale à laquelle il peut réduire le potentiel de l'appareil volant est excessivement élevée, et dans certains cas n'élimine pas les perturbations dans les radiocommunications et les appareils électriques de navigation, ainsi que la probabilité d'at- teinte de l'appareil par la foudre. Parallèlement à ces inconvénients on notera également la fiabilité insuffisante des éclateurs de ce genre, car leur efficacité dépend du rayon de courbure de l'extrémité effilée de l'aiguille. Le potentiel d'amorçage de la décharge de couronne sera d'autant plus faible que le rayon d'arrondissement de l'aiguille est petit. En présence de puissantes décharges multiples, les aiguilles tendent à fondre et le rayon de courbe augmente.L'efficacité des dispositifs de ce type pour la déperdition de la charge se formant pendant la marche du réacteur est en outre assez faible, par suite de leur éloignement considérable par rapport au jet ae réacteur chargé. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. rivant cette invention, l'on se propose de mettre au point un dispositif simple et économique pour la réduction du potentiel électrostatique des appareils volants, permettant de supprimer entièrement le potentiel engendré pendant le vol dans un milieu dense ou en dépression. Cet objectif est atteint par le fait que, dans le dispositif pour la réduction du potentiel électrostatique des appareils volants, comportant un générateur de particules chargées, en liaison électrique avec la carlingue de l'appareil volant, dont la polarité est opposée à celle de la charge du courant de fluide relatif et/ou du jet de réaction s'échappant du réacteur de l'appareil, conform- ment à l'invention, le générateur est réalisé sous forme d'au moins une source ionique à couronne et/ou à émission thermique connectée à la source d'énergie électrique de bord assurant la décharge en couronne et/ou le chauffage de l'émetteur thermique, disposée de telle façon que les particules chargées soient directement introduites dans la zone du courant de fluide relatif et/ou du jet de réaction. I1 est préférable que les sources ioniques mentionnées soient placées dans les canalisations d'admission de l'air à la tuyère ou dans le jet du réacteur. Dans le cas où on utilise la source d'électricité de bord à courant continu, et la réalisation de l'électrode de couronne de la source ionique à couronne sous forme d'aiguille, et avec une autre électrode en forme de cylindre prévue pour le passage des gaz, le cylindre doit être directement raccordé à la carlingue de l'appareil volant et l'aiguille à l'un des pôles de la source d'électricité de bord à courant continu dont l'autre p8le est également raccordé à la carlingue de l'appareil. Dans le cas où le signe de la charge dans le courant se modifie, on peut prévoir plusieurs sources ioniques à couronne dont une partie des électrodes de couronne est raccordée au pale positif, et l'autre au pale négatif de la source d'électricité de bord, tandis que les deuxièmes électrodes des sources à couronne sont raccordées à la carlingue de l'appareil et au point neutre de la source d'é- électricité de bord. Dans le cas où l'on utilise une source d'électricité de bord à courant alternatif, l'électrode de couronne de chaque source ionique de couronne doit être branchée à la source de courant alternatif mentionnée, tandis que l'autre électrode sera raccordée à la carlingue de l'appareil volant. Comme matériau de l'émetteur de la source ionique d'émission thermique, il sera préférable de choisir un métal à énergie d'extraction importante. L'émetteur de la source ionique d'émission thermique peut etre disposé dans le courant d'un gaz porteur d'halogènes. Dans l'exposé qui suit, l'invention est expliquée par un exemple d'exécution et par les dessins annexds, sur lesquels la fig. 1 représente le dispositif proposé pour la réduction du potentiel électrostatique d'un appareil volant, avec sources ioniques de couronne branchées aux sources d'électricité de bord, conforme à l'invention (schéma de principe) la fig. 2, une autre version de branchement des sources de couronne à la source d'électricité de bord dans le dispositif pour la réduction du potentiel électrostatique de l'appareil volant conforme à l'invention (schéma de principe) la fig. 3, le dispositif pour la réduction du potentiel électrostatique de l'appareil volant avec sources ioniques d'émission thermique conforme à l'invention (schéma de principe). L'électrisation de l'appareil volant peut être engendrée par le courant d'air relatif contactant sa surface ainsi que par les réacteurs dans le jet desquels prédominent les particules chargées d'un meme signe. L'écoulement du courant de fluide relatif à charge unipolaire et/ou du jet issu des réacteurs, disposés de préférence à la partie arrière des avions, peut provoquer l'accumulation d'une charge considérable à la surface de l'avion, ainsi que le relbve- ment de son potentiel par rapport à l'atmosphère ambiante, de 105 à 106 v ; ainsi sont engendrés les phénomènes indésirables mentionnés plue haut. La charge volumique des particules chargées contenues dans le jet s'échappant du réacteur engendre un champ électrique dont l'intensité est maximale à proximité de la tranche de tuyère du réacteur. La compensation du courant des particules chargées emportées par le jet de réaction, c'est-à-dire l'élimination du potentiel de l'appareil volant, peut être réalisée en introduisant dans le jet de réaction à charge unipolaire des particules dont le signe soit opposé à celui de la charge volumique du jet. Les particules de compensation chargées peuvent être produites par un générateur de particules chargées. Le générateur de particules chargées, utilisé dans le dispositif pour la réduction du potentiel électrostatique des appareils volants, est exécuté sous forme d'une source ionique de couronne (fig. 1,2 et 3) ou sous forme d'une source ionique à émission thermique (fig. 4). Les figures ne représentent que deux sources ioniques, cependant, à bord de l'avion on peut monter plusieurs sources variées ou leur combinaison (cas non représenté sur la figure), ce qui parant en particulier indispensable dans le cas où le signe de la charge dans le jet se modifie. Un générateur de ce type compense de la façon la plus efficace le courant emporté par le jet de réaction quand il est disposé dans la zone d'intensité maximale du champ électrique de la charge volumique du jet, c'est-à-dire à proximité de la tranche de la tuyère du réacteur, par exemple dans les canalisations 1 (fig. 2) pour admission de l'air à la tuyère ou dans le jet issu du réacteur. La source ionique de couronne (fig. 1, 2, 3) comporte deux électrodes dont l'une, l'électrode de couronne 2, est exécutée sous forme d'une aiguille, tandis que l'autre, l'électrode 3, est exécutée sous forme d'un cylindre avec ou sans grille 4 (la version sans grille n'est pas représentée sur la figure). La source d'électricité de bord peut être aussi bien à courant continu qu'à courant alternatif. Dans le cas où l'on utilise une source de bord à courant continu 5, par exemple constituée par un redresseur naute tension, les électrodes de couronne 2 des sources de couronne sont raccordées à l'un des pôles de la source de bord à courant continu 5. Les électrodes cylindriques, également prévues pour le passage du jet de fluide, par exemple d'air, sont raccordées à l'autre pôle de la source 5 et à la carlingue 6 de l'appareil volant. Dans une autre variante de réalisation du dispositif (fig. 3), avec plusieurs sources de couronne, les électrodes de couronne 2 ae celle-ci sont raccordes aux bornes haute tension de la source de bord commune 7a, tandis que les électrodes cylindriques 2 sont raccordées au point neutre de cette source et à la carlingue 6 de l'appareil volant. Dans le cas où dans le dispositif on utilise, comme généra teur de particules chargées, des sources ioniques à émission thermique (fig. 4) disposées à l'intérieur ou à proximité du jet de réaction, les émetteurs 8 de ces sources sont exécutés en matériau avec énergie d'extraction importante, par exemple en tungstène, rhénium etc., le meilleur matériau à l'usage des émetteurs de ce type étant le platine. Le chauffage des émetteurs 8 des sources io niques d'émission thermique s'opère à l'aide de la source d'élec tricité de bord qui dans ce cas est la source d'alimentation basse tension 9 en courant continu ou alternatif. Pour améliorer l'effi- cacité des sources ioniques d'émission thermique, leurs émetteurs 8 peuvent se trouver dans un courant de gaz porteur d 'halogèn par exemple de fréon débité à partir de la capacité 10. Le dispositif proposé permet de supprimer entièrement le po tentiel électrostatique de l'appareil volant en compensant le cou rant des particules chargées, contenues dans le courant unipolaire relatif ou en réaction, indépendamment au signe de la charge volumique du courant. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Lorsque les courants unipolaires chargés du type relatif ou en réaction quittent la surface de la carlingue 6, le champ électrique de leur charge volumique favorise le dégagement des particules char gées des sources à couronne ou à émission thermique parmi celles qui assurent la génération des particules de signe opposé à celui de la charge des courants, en bloquant alors des sources engendrant les particules de même signe que celles du courant. Ainsi, les sour ces de couronne (fig. 1 et 2) engendrent des particules dont le si gne coincide avec la polarité du potentiel délivré à l'électrode de couronne 2. Par exemple, en présence d'une charge volumique positive du courant unipolaire relatif et/ou du jet de réaction, ce sont les sources de couronne dont le potentiel des électrodes 2 est négatif qui fonctionnent, ainsi que les sources d'émission thermique (fig. 3) produisant des particules à charge négative. Les sources de couronne et/ou d'émission thermique qui produisent les particules posi tivement chargées sont alors bloquées par la charge volumique posi tive du courant. Un avantage notable de l'invention réside en ce aue le dispo sitif proposé permet, tout en restant d'une simplicité relative, de supprimer entièrement le potentiel de l'appareil volant, donc de remédier aux perturbations, engendrées sur l'avion électriquement chargé, dans le système de radiocommunication et de navigation électronique, ainsi que de réduire considérablement la probabilité de décharge de la foudre sur l'appareil en vol. Grâce au principe de fonctionnement du dispositif basé sur la coopération entre la charge volumique du jet réactif et les particules chargées produites par les sources de couronne et d'émission thermique, il se produit une compensation de courant, pratiquement sans inertie, des particules chargées dans le jet de réaction indépendamment du signe de sa charge volumique, ctest-à-dire que le potentiel nul de l'appareil volant est maintenu indépendamment du régime de fonctionnement de son moteur et des conditions de vol. Il faut noter les propriétés économiques élevées du dispositif proposé : ainsi la puissance consommée par les sources d'alimentation électrique ne dépasse pas quelques watts. L'utilisation du dispositif proposé pour la réduction du potentiel électrostatique des appareils volants sur les avions, avec réacteurs disposés ae préférence à la partie arrière de l'avion, permet d'améliorer notablement la sécurité de vol des avions à de faibles altitudes, quelles que soient les conditions météorologiques. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. kEVhNDICATIONS 1. Dispositif pour la-réduction du potentiel électrostatique des appareils volants, comportant un générateur de particules char géies, électriquement relié à la carlingue de l'appareil volant, avec une polarité opposée à celle du courant relatif et/ou du jet issu du réacteur de l'appareil volant, caractérisé par le fait que le générateur de particules chargées est constitué par au moins une source ionique à couronne et/ou à émission thermique, branchée à la source d'électricité de bord, assurant la formation de la décharge de couronne et/ou le chauffage de l'émetteur thermique, qui est disposée en outre de façon que les particules chargées soient directement engagées dans la zone du courant relatif et/ou du jet de réaction. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la source ionique à couronne est montée dans les canalisations d'admission de l'air à la tuyère ou dans le courant issu du réacteur. 3. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que dans le cas où on utilise une source de bord à courant continu et que l'électrode de couronne de la source ionique de couronne est exécutée sous forme d'aiguille, et l'autre électrode sous forme de cylindre prévu pour le passage des gaz, ce dernier est directement raccordé à la carlingue de l'appareil volant, tandis que l'aiguille est connectée à l'un des p8les de la source de bord à courant continu dont l'autre p8le est également raccordé à la carlingue de l'appareil volant. 4. Dispositif suivant les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'en prévision du cas où la polarité de la charge du jet se modifie, ledit dispositif comporte plusieurs sources ioniques à couronne dont une partie des électrodes de couronne est raccordée au pôle positif, et l'autre partie au pôle négatif de la source d'électricité de bord commune, tandis que les deuxièmes électrodes des sources de couronne sont raccordées à la carlingue de l'appareil volant et au neutre de la source d'électricité de bord. 5. Dispositif suivant les revendicatiorsl et 2, caractérisé par le fait que, dans le cas où l'on utilise une source de bord à courant alternatif, l'électrode de couronne de ehaque source ionique de couronne est branchée à la source de courant alternatif mentionnée, tandis que l'autre électrode est raccordée à la carlingue de l'appareil volant. 6. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que comme matériau de l'émetteur de la source ionique d'émission thermique, on choisit un métal à énergie d'extraction élevée. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que l'émetteur de la source ionique d'émission thermique est situé dans un jet de gaz porteurs d'halogènes.