Brevet FR2196270A1 — publié le 19740315

La présente invention concerne un dispositif d'óvacuation de charges électrostatiques d@stiné à équiper un vóhicule tel qu'un aéronef de façon à évacuer vers l'atmosphère les charges électrostatiques dont est porteur ce véhicule. On sait que les aéronefs (avions, hélicoptères, fusées, etc.) se chargent élcctrostctiquen'-.eut en vol. Ces charges électrostatiques peuvent provenir, entre autres choses, soit du fait que l'aéronef n'est pas dans un champ électrique uniforme (influence du sol et/ou des nuages), soit des chocs des particules ionisées, soit des chocs des particules non ionises mais créant des charges (triboélectricité) soit encore, éventuellement, de l'évacuation des gaz moteur, ces gaz étant plus ou moins chauds, donc- plus ou moins ionisés. Bien entendu, suivant les circonstances météorologiques et le type de l'aéronef considéré, les diverses causes ci-dessus peuvent intervenir conjointement ou non. L'influence de ces charges est néfaste car en se produisant, en se recombinant et en s'évacuant, elles produisent des parasites radioélectriques pouvant être suffisamment intenses pour que les moyens de télécommunication et de radionavigation de l'aéronef deviennent inutilisables. De plus, ces charges électrostatiques.peuvent produire des étincelles entre les diverses partles de l'aéronef ou entre divers aéronefs, dans le cas notamment des ravitaillements en vol, avec le risque d'incendie oui en découle. Pour lutter contre ces charges, on s'efforce d'une part, de métalliser l'aéronef, c'est-à-dire d'astreindre toutes les parties de ce dernier à être au même potentiel et d'autre part, d'évacuer les charges de l'aéronef vers l'atmosphère sans produire de parasites radioélectriques sfin de rabaisser ie potentiel de l'aéronef à un niveau nul ou tout au moins suffisamment bas pour que les conséquences nuisibles des charges électrostatiques deviennent nulles ou négligeables. C'est ce deuxième aspect du problème que s'efforce de résoudre le dispositif de l'invention. De façon à diminuer la charge globale d'un aéronef on a déjà proposé des "déperditeurs de potentiel" qui sont en fait des évacuateurs de charges électrostatiques et qui sont constitués, dans la plupart des cas, par des pointes ou des touffes de pointes. Ces dernières sont, le plus souvent réalisées par les extrémités libres d'un ensemble de fils conducteurs roliés par leur autre extrémité à la masse de l'aéronef. Du fait du "pouvoir des pointes", les charges électrostatiques de l'aéronef on en effet tendance à s'évacuer par ces dernières. Néanmoins, si cette solution peut être considérée comme satisfaisante pour les aéronefs lents, de conception ancienne, elle demeure insuffisante pour les aéronefs modernes beaucoup plus rapides. Fn effet, l'augmentation de la vitesse de ces aéronefs a entraîné une augmentation encore plus rapide des charges produites. Par ailleurs, pour des raisons aérodynamiques évidentes, les pointes c'est-à-dire les parties actives des déperditeurs de potentiel sont U de plus en plus près de la structure de l'aéronef et ne profitent donc plus que d'une faible partie du champ électrique. La sente invention vise essentiellement à un dispositif destiné à équiper un véhicule tel notamment qu'un aéronef de façon à permettre d'annuler rapidement la charge globale de ce dernier. Pour ce faire, le dispositif d'évacuation de charges électrostatiques selon l'invention se caractérise en ce qu'il comporte d'une part, un générateur apte à éjecter vers l'extérieur du vénicule un flux de gaz fortement ionisés et, d'autre part, un élément conducteur qui est disposé dans le flux des gaz éjectés et qui est maintenu à un potentiel représentant le potentiel de la masse du véhicule par rapport au milieu ambiant, de façon à attirer les charges électrostatiques du flux de gaz qui sont de signe opposé à celles chargeant le véhicule. Avec une telle disposition, on conçoit que 11 éjection de charges électrostatiques de même signe que celles qui chargent le véhicule permet de réduire et même d'annuler rapidemant la charge globale de ce dernier, les charges électrostatiques attirées par l'élément conducteur venant en effet neutraliser les charges Gont est porteur l'aéronef. Selon une disposition préférée, le générateur précité est constitué par un microréacteur auxiliaire émettant des gaz chauds fortement ionisés, l'élément conducteur étant alors @@@@@@ @@ la t@@@@@ dudit micreréc@@eur. 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La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins ciaanexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels La fig. 1 est une illustration schématique d'un aéronef équipé d'un dispositif d'évacuation de charges électrostatiques selon l'invention, La fig. 2 est une vue schématique du dispositif d'évacuation de la figure 1, et La fig. 3 est une vue schématique en coupe partielle illustrant une réalisation particulière de l'élément conducteur utilisé dans le dispositif d'évacuation de la figure 2. Sur la figure 1, on a désigné par la référence 10 un dispositif d'évacuation de charges électrostatiques équipant un avion 12 de façon à annuler la charge aérostatique globale de cet avion. Le dispositif 10 se compose essentiellement d'un générateur 14 apte à éjecter vers l'extérieur de l'avion, par l'intcrmédiaire d'une tuyère 16, un flux de gaz chauds fortement ionisés et d'un circuit électrique d'amplification 18 commandé par un signal de tension apparaissant dans un câble de liaison électrique 20, relié à un détecteur de courant de fuite des charges électrostatiques. Dans la réalisation représentée, le détecteur 22 est constitué d'un déperditeur de potentiel à touffe, formant évacuateur de charges électrostatiques1 monté de façon isolante par rapport à la masse de l'avion. La sortie haute tension 24 du circuit d'amplification 18 est reliée à un élément conauc- teur en forme de grille (non représenté sur la figure 1 mais désigné en 2o sur les figures 2 et 3) qui est disposé dans le flux des gaz éjectés par le générateur 14. Si l'on considère plus précisément la figure 2 repréèn- tant le schérea d'installation du dispositif 10 de la figure 1, on a représenté le générateur 14 sous la forer d'un micro réacteur auxiliaire se poussée négligeable MáiS émettant un flux de gaz chauds, fortement ionisés. L'élément conducteur précité 26 se présente sous la forme d'une grille ou d'un tube réalisé en matière réfractaire et convenablement disposé dans la tuyère 16 sur le trajet des gaz éjectés, cet élément étant monté de façon isolante par rapport à la masse de l'avion indiquée en 28 de manière à pouvoir être maintenu, par l'intermédiaire du circuit d'amplification 18, à un potentiel relativement élevé représentant qualitativement, comme cela apparattra plus loin, le potentiel de la masse de l'avion par rapport au milieu ambiant (atmosphère). le circuit d'amplification 18 peut, comme représenté, être constitué par un amplificateur inverseur de gain élevé, et d'un quelconque type connu convenable(à tubes, à semiconducteur ou à servo-mécanisme). Ire circuit d'amplification 18 qui est relié à l'alimentation de bord de l'avion avec interposition, si nécessaire, d'un convertisseur (non représen té), est commandé par un signal de tension prélevé aux bornes d'une résistance de charge 32 reliant la masse 28 de l'avion à l'extrémité 30 du câble 20 relié au déperditeur de potentiel 22, isolé de cette masse. Une résistance 34 de valeur élevée est montée immédiatement en série avec le déperditeur 22 de façon à limiter le courant de fuite des charges électrostatiques et, par conséquent, les tensions véhiculées par le câble 20 à l'intérieur de l'avion. le déperditeur de potentiel ou l'évacuateur de charges 22 est, dans le mode de réalisation représenté, du type dit "à touffe". il pourrait être remplacé par un déperditeur de potentiel de tout autre type connu tel qu'un déperditeur à pointe pré-ionisé ou non ou même un condensateur tournant. Avec la disposition décrite, on comprend que le signal de tension apparaissant aux bornes de la résistance de charge 32 représente qualitativement (avec cependant le signe contraire) le potentiel de la masse 28 de l'avion 12 par rapport au milieu ambiant. Le fonctionnement du dispositif 10 décrit ci-dessus est le su@vant : Si l'on soppose que l'avion est chargé négativement par rapport à l'air ambiant, le déperditeur 22 de potentiel évacue des charges négati@@s. L'entrée active du circuit d'amplification 18, qui constituée par la tension apparaissant a. l'extrémité 30 au câble 20 reliCe à la résistance 32 est donc positive par rapport à la musse 23 de l'avion, de sorte que la sortie 24 du circuit 18 est portée à un potentiel élevé négatif, toujours par rapport à la masse de l'avion. L'élément conducteur 26 étant ainsi maintenu à un potentiel élevé négatif, les charges positives du flux des gaz éjectés par le générateur 14 sont attirées par cet élément et neutralisent ainsi les charges négatives de l'avion. En d'autres termes, l'élément conducteur 26 prélève des charges positives de sorte que l'on expulse vers l'aȯsphère des charges négatives, ce qui permet de décharger l'avion. Si l'avion avait été chargé positivement par rapport au milieu ambiant, le processus inverse aurait joué : l'élément conducteur 26 aurait alors été porté par le circuit 18 à un potentiel élevé positif par rapport à la masse de l'avion, de façon à attirer les charges négatives émises par le générateur 14, le circuit 18 permet ainsi d'asservir le potentiel de l'élément conducteur 26 au potentiel de la masse de l'avion par rapport à l'air ambiant. le gain d'amplification peut être très élevé, de sorte qu'il est possible de ramener à très peu de choses les charges résiduelles de l'avion au risque d'ailleurs d'un pompage du circuit. Dans ce cas, on peut intercaler des circuits de correction convenables susceptibles d'introduire le coefficient d'amortissement suffisant pour la bonne stabilité de l'asservissement. L'élément conducteur 26 peut avantageusement, comme représenté à la figure 3, être constitué par une grille tubulaire réalisée par un faisceau de tubes en matière réfractaire (acier, platine, graphite ) maintenu par un support de même matière 36, débouchant en zone froide en dehors de la tuyère 16, et maintenu par un pied isolant 38 en porcelaine par exemple pour être relié à la sortie 24 du circuit d'alimentation 18. Dans une variante simplifiée, le circuit d'amplification 18 peut être supprimé, l'élément conducteur 26 étant alors relié directement à la masse de l'avion. Une telle disposition peut se révéler suffisante dans certains cas mais son effiea- oit est bien entendu, très inférieure à celle que l'on peut attendre du dispositif équipé d'un circuit d'amplification de gain élevé. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au modèle de réalisation décrit et représenté. De nombreuses modifications concernant notent la forme du déperditeur de potentiel 22, le type de l'amplificateur 18 ainsi que celui du générateur 14 peuvent être apportées sans sortir du cadre de la présente demande tel que défini par les revendications ci-jointes. R E V E N D I C A T I O N S 1. L@ positif d'évacuation de charg@s électrostatiquer @estiné à équiper un véhicule tel qu'un aérodyne, caraciérisé on ce qu'il comporte, d'une part, un générateur apte à éjecter vers l'extérieur du véhicule un flu@ de gaz fortement ionisés et, d'autre part, un élément conducteur qui est disposé dans le flux des gaz éjectés et qui est maintenu à un potentiel représentant le potentiel de la masse du véhicule par rapport au milieu ambiant, de façon a attirer les charges électro statiques du flux de gaz qui sont de signe opposé à celles chargeant le véhicule. 2. Dispositif d'évacuation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément conducteur est une gril.le disposée per pendiculairement à la direction générale du flux des gaz éjectés. 3. Dispositif d'évacuation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément conducteur est isolé de la masse du véhicule et est maintenu par rapport à cette dernière à un potentiel relativement élevé par l'intermédiaire d'un circuit électrique d'amplification commandé par un signal de tension représentant le potentiel de la masse du véhicule par rapport au milieu ambiant. 4. Dispositif d'évacuation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal de tension précité est prélevé aux bornes d'une résistance de charge disposée entre la masse du véhicule et un évacuateur de charges électrostatiques isolé de cette masse, le circuit électrique comportant un système tel que le potentiel de l'élément conducteur est de signe opposé à celui du signal de tension par rapport à la masse du véhicule. 5. Dispositif d'évacuation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le générateur précité est constitué d'un microréacteur auxiliaire émettant des gaz chauds forte ment ionisés, l'élément conducteur étant disposé dans la tuyère dudit microréacteur.