Brevet FR2213871A1 — publié le 19740809

La présente invention a pour objet un dispositif de protection mixte pour les surfaces frontales d'aérodynes, notamment des pales de voilure tournante, dispositif assurant à la fois la protection contre ltérosion, le givrage et les risques de la foudre. Les rotors, notamment ceux des hélicoptères, fonctionnent fréquemment dans un environnement atmosphérique très agressif, du fait des conditions de vol très particulières de ces aérodynes. Ainsi, lors des décollages et des atterrissages, selon la nature du sol, le souffle des rotors soulève des grains de sable et de poussière qui provoquent l'érosion du bord d'attaque des pales, essentiellement vers leurs extrémités car la vitesse relative y est plus grande. En vol, lorsqu'un aérodyne traverse une zone pluvieuse, l'impact des gouttes de pluie sur les surfaces frontales des pales entraîne également une érosion du bord d'attaque. En outre, les effets de la foudre peuvent être extrêmement dangereux lorsque celle-ci frappe une surface médiocrement conductrice. Enfin, les aérodynes doivent pouvoir, en tous temps, traverser des couches nuageuses en toute sécurité et, en particulier, leur rotor doit être protégé contre le givrage. En effet, lorsque la température à l'intérieur d'un nuage devient inférieure à OOC, les gouttelettes d'eau en surfusion contenues dans ce dernier gèlent instantanément en frappant les surfaces frontales en mouvement des pales d'hélicoptères. Il se forme rapidement sur celles-ci une couche plus ou moins épaisse de glace. La présence de glace sur la voilure tournante d'un hélicoptère est très dangereuse, d'abord par la déformation du profil aérodynamique des pales qui augmente considérablement la puissance consommée et diminue la portance, ensuite par le balourd produit qui engendre de fortes vibrations et, enfin, par l'augmentation importante des efforts dans les commandes de vol. Il existe déjà des dispositifs de protection simple ou mixte des bords d'attaque des pales de voilure tournante contre le givrage et les érosions de différentes natures. On connaît, par exemple, un dispositif de dégivrage pneumatique d'une pale constitué par une poche longitudinale en matière élastique, alternativement gonflée et dégonflée. Ce dispositif est d'un emploi facile, mais il a l'inconvénient, lorsque la poche est gonflée, de déformer le profil, ce qui est incompatible avec un fonctionnement correct du rotor. On connaît également des dégivreurs liquides qui agissent par pulvérisation d'un liquide antigel, tel que le glycol ou l'alcool, sur les bords d'attaque renforcés des pales afin d'empêcher l'accrochage de la glace. L'inconvénient majeur de ce genre de dispositif est le réapprovisionnement, après chaque vol, des réservoirs de liquide antigel. Certains dispositifs de protection sont onst-- tués par des tapis chauffants électriques disposés sous un revêtement métallique du bord d'attaque des pales résistant à l'éro- sion. Une telle protection est coûteuse e,t le rendement des résistances électriques noyées dans la pale est faible. Dans d'autres dispositifs, des résistances électriques de différentes types sont noyées dans un matériau élastique ou plastique qui est collé sur le bord d'attaque et qui est susceptible de résister à l'érosion. Cette résistance étant toutefois très inférieure à celle d'un métal dur, les impacts, l'érosion due à la pluie ou au sable, le ruissellement accompagné d'infiltrations d'eau provoquent des arcs électriques ou des courts-circuits qui mettent rapidement ces dispositifs hors service. Dans tous les cas, les réparations sont coûteuses et ne peuvent être réalisées qu'en usine car elles entraînent, ou bien le changement complet des bords d'attaque dans le cas où ceux-ci sont rapportés sur le corps de la pale par rivetage ou vissage, ou bien le décollage en envergure dé toute la bande fixée sur le bord d'attaque et contenant les éléments de chauffage, ou bien encore, dans les cas extrêmes, le démontage complet de la pale pour remplacer les éléments défectueux. La présente invention a pour objet un dispositif de protection mixte des surfaces frontales d'aérodynes, et en particulier des pales de leurs rotors, qui remédie à ces inconvé nient Selon l'invention, un revêtement métallique recouvrant au moins partiellement lesdites surfaces frontales, protège celles-ci contre l'érosion et la foudre et constitue une résistance électrique chauffante. Dans une forme avantageuse de réalisation, ce revêtement est constitué de tronçons de puissances électriques différentes, décroissantes de l'emplanture de la pale vers son extrémité. Lesdits tronçons peuvent être réalisés en bandes juxtaposées de largeur identique, mais d'épaisseurs croissantes de l'emplanture vers l'extrémité, une continuité électrique étant assurée entre les différents tronçons de chaque bande. On assuré E On sait que, dans l'utilisation du dégivrage électrique sur les rotors d'hélicoptères, il est nécessaire de réduire la puissance électrique à mettre en jeu, pour ne pas alourdir les équipements générateurs du courant et limiter la puissance mécanique à prélever sur l'installation motrice. Les meilleurs résultats dans ce domaine sont obtenus en laissant les surfaces frontales, et spécialement les bords d'attaque des pales, se recouvrir de glace, puis en les réchauffant pendant un temps le plus court possible, de façon à créer sous la glace une pellicule d'eau permettant à cette glace de se decoller spontanément en glissant le long de la pale grâce à l'action de la force centrifuge Cette opération se renouvelle ensuite suivant un cycle dont les durées optimales sont déterminées expérimentalement pour chaque type de rotor. En raison de l'augmentation de la force centrifuge avec le rayon de giration, la puissance électrique à consacrer au chauffage des bords d'attaque des pales est moins importante vers l'extrémité de la pale que vers l'emplanture, ce qui permet de réduire encore la consommation électrique tout en conservant l'efficacité du dégivreur. Le dégivreur selon l'invention est d'une grande efficacité. Il assure, en effet, un chauffage très rapide de la surface à dégivrer, puisque la fusion de la glace est réalisée directement au contact de la résistance chauffante et non pas a travers une isolation électrique éventuellement encore recouverte d'un revêtement métallique. Dans le cas d'une pale réalisée en matière plastique armée, cas pour lequel l'invention offre l'application la plus économique, le dispositif de dégivrage est collé directement sur le longeron qui offre l'isolement électrique nécessaire et, de plus; constitue un bon isolant thermique réduisant la dissipation de chaleur à l'intérieur de la pale. Le métal constituant à la fois la protection des bords d'attaque de pales, le collecteur de foudre et les résistances chauffantes est, de préférence, du titane ou de l'acier inoxydable dur au nickel-chrome offrant une bonne résistivité -électrique et une excellente tenue à l'érosion due à la pluie et au sable. en particulier. La présente invention est illustrée par les figures suivantes La figure 1 est une vue en perspective schématique d'une pale réalisée en matière plastique armée et équipée du dispositif de protection suivant l'invention. La figure 2 est une section partielle suivant le plan II-II de la figure 1. Dans l'exemple d'application représenté aux figures 1 et 2, une pale 1 comporte un longeron 2 en matière plastique armée de fibres de verre, longeron muni d'un évidement intérieur 3 rempli d'un matériau cellulaire léger 4 tel que du nid d'abeille ou de la mousse de polyuréthane. Un revêtement 5 en mèches et tissu de fibres de verre imprégnés de résine entoure la pale en recouvrant le longeron 2. Le bord d'attaque 6 du longeron comporte un enfoncement 6a permettant l'implantation d'un revêtement métallique ayant le triple rôle de protection contre l'érosion, de collecteur de foudre et de dégivreur électrique. Dans cet exemple d'application, ce revêtement, désigné dans son ensemble par la référence 7, est réalisé en acier inoxydable. On peut choisir avantageusement la nuance Z 10 CN 18.8 pour sa bonne résistivité électrique, de l'ordre de 70 -a-cm à 200C, et sa dureté superficielle qui assure une excellente tenue à l'érosion. Dans la réalisation illustrée, le revêtement est composé de quatre tronçons 8, 9, 10 et 11 d'épaisseur décroissante en allant de l'emplanture de la pale vers son extrémité. Ces tronçons sont collés sur le revêtement 5 dans l'enfoncement 6a. Le choix de l'épaisseur du revêtement métallique est nécessairement un compromis. Si l'épaisseur est trop faible, la résistance mécanique à l'érosion est insuffisante. Si l'épaisseur est trop grande, le poids augmente ; en outre, la conformation de la t8le et sa fixation par collage deviennent difficiles. La Demanderesse a trouvé que, pour le tronçon 11 d'extrémité de pale, l'épaisseur de 0,6 mm pour la tSle d'acier inoxydable est un optimum qui assure-une excellente tenue de la tôle à l'érosion sans provoquer de difficultés particulières de fabrication. La puissance de chauffe ayant été choisie pour la zone d'extrémité de pale, une progression de cette puissance vers le moyeu est automatiquement obtenue en réduisant l'épaisseur du revetement vers ce pied. En effet, la résistance électrique est ainsi accrue et, comme la même intensité de courant traverse tous les tronçons du fait qu'ils sont montés en série, la chaleur dégagée vers le pied de pale se trouve accrue. Dans la réalisation illustrée, chaque tronçon 8, 9, 10 et i1 est divisé en plusieurs résistances identiques constituées par trois bandes d'égale largeur 8a, 8b, 8c, 9a ... mises en tension les unes après les autres. Les bandes 8a, 9a, i0a, lia sont disposées à l'intrados, tandis que les bandes 8b, 9b, 1Ob et 11b couvrent sensiblement la courbure du bord d'attaque de la pale et que les bandes 8c, 9c, 10c et lic sont collées sur l'extrados. Ainsi, chaque tronçon comporte une bande à l'intrados et une bande à l'extrados mais on pourrait aussi disposer au moins deux bandes à l'intrados et au moins deux autres à l'extrados. t'expérience acquise par la Demanderesse dans le domaine du dégivrage montre que, du fait des inégalités de répartition des pressions et des vitesses relatives de l'air autour du profil, la profondeur à dégivrer dans le sens de la corde à partir du bord d'attaque est plus importante à l'intrados qu'à l'extrados. C'est pourquoi lesbandes chauffantes sont légèrement décalées vers l'intrados de sorte que la séparation entre les bandes centrales 8b, 9b, 10b, llb et les bandes 8c, 9c, i0c, lic placées à l'extrados coïncide avec le départ du rayon de courbure du bord d'attaque.Cette séparation se trouve alors dans une zone où l'usure due à l'agression des agents atmosphériques est la plus réduite, la surface chauffée étant plus étendue à l'intrados qu'à l'-extrados. Les tronçons de puissance différente sont reliés électriquement en série par des shunts en cuivre 12 brasés sous les bandes, tandis qu'une barre bonne conductrice 13 disposée sur l'extrados, le-long des bandes 8c, 9c, 10c et lic, du côté du bord de fuite de la pale, constitue le retour du courant. Les bandes de protection métalliques formant résistance chauffante sont séparées par des intervalles 14, qui peuvent être très étroits, par exemple de 1,5 mm de large, remplis de mastic isolant à base de podyuréthane. Les bandes étant alimentées en basse tension, les pertes électriques entre résistances, dues à la conductivité de l'eau qui les recouvre, sont négligeables. En effet, l'eau des nuages traversés est très pure et peu conductrice. Le dispositif de protection mixte, objet de la présente invention, est susceptible d'être utilisé sur tout aérodyne à voilure tournante. Il est simplement nécessaire d'adapter l'alimentation du dispositif en fonction-du nombre de pales de l'appareil. Pour un rotor tripale, chaque pale est alimentée par une phase d'un alternateur. L'adaptation des tensions pour l'alimentation du dispositif de dégivrage est réalisée au moyen d'un auto-transformateur triphasé ou par l'alternateur lui-mEme. Pour un rotor quadripale, les pales sont mises en tension alternativement par paire de pales opposées. Chaque pale est alimentée par une phase d'un générateur diphasé qui peut être un alternateur ou un transformateur alimenté par l'alternateur de bord. la mise en tension des bandes chauffantes s'effectue suivant un cycle. Cette périodicité est réalisée par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation statique ayant fait l'objet du brevet français N" 1 554 838 au nom de la Demanderesse. Le dispositif de protection mixte est également applicable aux pales comportant une structure avant réalisée en métal. On interpose alors, entre la structure conductrice et les bandes métalliques, un tapis isolant de quelques millimètres d'épaisseur fixé par collage sur la structure métallique. REVENDICATIONS 1. - Dispositif de protection mixte d une surface frontale d'un aérodyne, et notamment d'une pale de voilure tournante, caractérisé par un revêtement au moins partiel de cette surface au moyen d'une feuille de métal supportant l'érosion et électriquement résistant, feuille qui est insérée dans un circuit électrique. 2.- Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que le revêtement est partagé en bandes parallèles électriquement montées en série. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal est de l'acier inoxydable, notamment de la nuance Z l0 CN 18.8 ou du titane. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de là feuille est comprise entre 0,3 et 0,8 millimètre. 5.- Dispositif selon une des revendications précédentes, appliqué à une pale de voilure tournante, caractérisé en ce que fe-revêtement est partagé, dans le sens de l'envergure de la pale, en tronçons dont les feuilles ont une épaisseur croissante du pied de pale vers l'extrémité de celle-ci. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacun-des tronçons est partagé en un même nombre de bandes parallèles à l'envergure de la pale, les bandes homologues alignées des tronçons successifs étant électriquement montées en série. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les conducteurs, formés chacun par une succession de bandes s'étendant dans le sens de l'enver- gure, sont montés en parallèle et sont reliés du coté extrémité de pale à un conducteur commun de retour. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le conducteur commun de retour est une bande de métal appliquée, comme les bandes de revêtement, sur la surface à protéger. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bande formant conducteur de retour est parallèle aux bandes de revêtement et placée, sur l'une des faces de la voilure, en arrière des bandes de revêtement par rapport au bord d'attaque. 10.- Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bandes de revêtement sont collées sur un élément isolant faisant partie intégrante de la structure d'aérodyne. 11.- Dispositif selon une des revendications précédentes, caradtérisé en ce que les bandes de revêtement sont collées sur un élément isolant rapporté contre la structure d'aérodyne à protéger. 12.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bord d'attaque est recouvert par une bande de revêtement qui, sur le profil, s'détend vers l'intrados plus loin que vers l'extrados. l Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le montage en série des bandes est obtenu par l'intermédiaire de tronçons conducteurs plats, soudés à la face interne de ces bandes.