Brevet FR2486349A1 — publié le 19820108

L'invention est du domaine de la recherche de la protection con- tre l'électrisation des aéronefs en vol dans le but de supprimer les perturbations radioélectriques d'origine électrostatique. Elle concerne plus particulièrement les moyens qui permettent de 5 traiter les structures métalliques qui doivent être revêtues d'une peinture de finition. Les éléments métalliques utilisés pour la fabrication d'aéro- nefs, notamment pour les structures frontales tels que les bords d'atta- que de la voilure, les volets, les encadrements de radômes ou de verriè- 10 res,sont habituellement protégés par un revêtement de finition ayant les propriétés mécaniques nécessaires pour résister à l'échauffement, à la corrosion et à l'érosion dus aux impacts des particules rencontrées à grande vitesse telles que les poussières atmosphériques, les cristaux de glace ou de neige. Ce revêtement répond, en outre, à des besoins esthéti- 15 ques ou de camouflage selon qu'il est appliqué sur les avions commerciaux ou les avions militaires. Ces différentes contraintes conduisent à l'emploi de peintures qui forment sur la structure métallique, après séchage, une pellicule cons- tituée d'un matériau diélectrique qui présente l'inconvénient de favoriser 20 l'accumulation en vol de charges électrostatiques. L'accumulation de charges électrostatiques sur la structure des aéronefs conduit à l'apparition de décharges électriques qui engendrent, d'une part, des parasites radioélectriques préjudiciables au bon fonction- nement des équipements de radionavigation et de radiocommunication embar- 25 qués et, d'autre part, des perturbations sur les circuits électriques des équipements de bord. Dans l'état actuel de la technique, la protection antistatique des aéronefs consiste uniquement à rendre, dans une certaine mesure, équipotentielle la structure externe des appareils en assurant,sous la 30 couche de peinture de finition, la continuité électrique des- Étructures métalliques et en traitant de manière spécifique les surfaces diélectri- ques locales telles que le pare-brise, les radômes, les carènes d'antenne - et,à installer en nombre suffisant des déperditeurs de potentiels à hau- tes performances tels que ceux protégés par la demande de brevet français 35 n0 77.11 763 déposée le 19.04.77 au nom de l'O.N.E.R.A. Mais ces mesures, qui permettent d'améliorer grandement les con- ditions de fonctionnement des radioéquipements embarqués, sont insuffi- santes pour supprimer complètement les perturbations radioélectriques 2486349 2. et on a toujours cherché, sans y parvenir totalement, à résoudre ce pro- blème à l'aide de moyens nouveaux à utiliser seuls ou en combinaison avec les moyens connus. Les travaux entrepris par les demandeurs pour lutter contre les 5 parasites radioélectriques d'origine électrostatique les ont amenés à créer et à mettre au point des expériences de simulation au sol des phé- nomènes d'électrisation apparaissant en vol. Ces expériences consistent à mettre en oeuvre un générateur de charges électrostatiques, tel que celui protégé par la demande de brevet français 78.07 067 déposée le 10 10,03.78 au nom de l'ONERA et grâce auquel il est possible de projeter sur les structures à étudier des charges unipolaires portées par des microparticules de glace. Ces expériences ont permis de montrer l'exis- tence de décharges électriques de surface, appelées décharges rampantes, apparaissant localement, d'une manière surprenante, sur les structures 15 métalliques peintes et qui engendrent des signaux électriques parasites. Ces signaux parasitescomparés aux signaux parasites enregistrés en vol, corroborent l'existence, en vol, de décharges rampantes. Ces expériences de simulation ont montré aussi que des amorça- ges, ou claquages, surviennent dans certaines conditions, entre la surface 20 externe de la peinture, qui constitue un revêtement diélectrique, et la structure métallique sous-jacente et engendrent un bruit de nature impul- sionnelle qui provoque un accroissement du niveau de bruit radioélectrique général. En outre, ces claquages nuisent à la tenue mécanique de la cou- che de protection. 25 L'invention a donc pour but un procédé de protection électrosta- tique par traitement des surfaces externes des structures métalliques d'aéronefs recouvertes d'une peinture diélectrique, qui permet de suppri- mer cie manière sûre les décharges électriques de surface et d'atténuer notablement les décharges résiduelles dans le revêtement diélectrique. 30 De mise en oeuvre aisée, le nouveau procédé ne modifie pas les caractéristiques mécaniques ni l'esthétique des pièces traitées et conser- ve donc au revêtement de finition ses caractéristiques initiales de tenue mécanique à l'échauffement, à la corrosion et à l'érosion. L'application du procédé de traitement de surface conduit à la 35 mise en place d'un écran de protection électrostatique présentant une excellente continuité électrique pour l'écoulement vers les déperditeurs des courants engendrés par les charges accumulées sur le revêtement de finition et qui assure ainsi une protection efficace. L'objet de l'invention est un procédé de protection des aéronefs 2486349 3. contre l'accumulation de charges électrostatiques sur les surfaces externes de la structure métallique recouverte d'une peinture diélectrique de finition) caractérisé en ce qu'il consiste à disposer sur la structure, préalablement à la réalisation de la peinture de finition, un écran de protection électro- 5 statique ayant une résistivité,de surface comprise entr ret lOOMMl parmaile carrée, sous-jacent à la peinture de finition et à relier ledit écran à la masse électrique de l'aéronef. Dans une forme de réalisation du procédé de l'invention, on forme sur la structure d'abord au moins une première couche d'accrochage consti- 10 tuée par une peinture laissant après séchage un revêtement diélectrique puis, on forme ensuite, au moins une seconde couche constituée par une peinture laissant, après séchage, un revêtement ayant une résistivité de surface requise. En variante, on applique directement sur la structure métallique 15 au moins une couche de peinture laissant, après séchage, un revêtement ayant la résistivité de surface requise. L'invention a aussi pour objet le dispositif de protection cons- titué par un écran électrostatique réalisé selon le procédé, ainsi que les éléments de structure métallique comportant un tel écran. 20 L'invention est illustrée par les figures suivantes - la figure l représente schématiquement une coupe partielle, à grande échelle, d'une structure métallique entrant dans la construction d'un aéronef et n'ayant pas subi de traitement antistatique. - la figure 2 est une coupe identique d'une partie de structure ayant subi 25 un traitement de protection conforme à l'invention. Une paroi métallique conductrice 1 (fig. 1), reliée à la masse électrique de référence 2 de l'aéronef, par exemple, par une connexion 21, est recouverte d'une couche de peinture diélectrique de finition 3. La peinture présente les qualités nécessaires de résistance à l'érosion et à 30 l'échauffement. Elle forme un revêtement diélectrique qui favorise l'accu- mulation en vol, par effet tribo-électrique provoqué par des collisions avec des particules 4, des charges électriques généralement négatives - qi qui vont, en raison de la proximité de la paroi conductrice 1, déplacer par influence sur celle-ci, des charges positives + qi. L'accumulation de 35 charges respectivement négatives et positives de part et d'autre du revê- tement isolant se poursuit jusqu'à l'apparition d'un claquage à l'intérieur du diélectrique 3 dans des zones o le champ électrique est le plus intense par exemple, au niveau des rivets ou des raccordements de parois. Les 2486349 4. claquages neutralisent les charges bloquées en surface du diélectrique et, par suite de l'échauffement local produit par l'arc électrique, dont l'intensité peut atteindre une centaine d'ampères, des tubes conducteurs 5 de petit diamètre de l'ordre de 1 ,pm, reliant la paroi métallique à la sur5 face externe du revêtement diélectrique, sont créés dans le revêtement isolant. Par la suite, au fur et à mesure de l'accumulation des charges électriques sur le revêtement de finition, les extrémités de ces tubes sont simultanément le siège de décharges de type couronne et de nouvelles décharges de surface. 10 Non seulement, ces décharges couronne engendrent un bruit radio- électrique intense préjudiciable au fonctionnement des équipements de radionavigation mais, en outre, elles dégradent le revêtement de finition 3. Selon une première forme de réalisation de l'invention, on remédie à ces inconvénients en faisant subir (fig. 2) à la surface externe 15 de la paroi métallique 1 un traitement consistant à lui appliquer d'abord un premier revêtement 6 diélectrique formant une couche continue d'épais- seur régulière, on applique ensuite un second revêtement 7 formant une couche continue d'épaisseur régulière dont la résistivité superficielle (ou surfacique) c'est-à-dire la résistance mesurée entre deux côtés oppo- 20 sés d'un carré, est comprise entre 1 Megohm par maille carrée (1 M Q a et 100 M.. Q . Le revêtement 6 joue le r8le de support isolant pour la couche résistive 7. Il possède des qualités d'adhésivité sur la paroi métallique 1 et d'accrochage pour le revêtement 7. On applique enfin le revêtement protecteur de finition 3 et on relie,au moyen d'une connexion 8 25 conductrice de l'électricité, le revêtement résistif 7, d'une part,à la structure métallique 1, et, d'autre part, à la masse électrique 2 de l'aéronef. Selon une seconde forme de réalisation de l'invention,et à con- dition que le revêtement 7 possède des qualités suffisantes d'adhésivité 30 sur la paroi métallique 1, on applique directement le revêtement résistif7 sur la surface externe de la paroi métallique 1, puis, on applique le revêtement protecteur de finition 3 et on relie le revêtement résistif 7 à la masse électrique 2 de l'aéronef. Il est possible de contrôler, à tout moment, l'efficacité de 35 l'écran antistatique ainsi obtenu en mesurant, à travers le revêtement de finition 3, sa résistivité superficielle et sa continuité au moyen d'un appareil résistivimètre-continuimètre de surface développé par les demandeurs. 2486749 5. Par exemple, pour traiter un encadruement métallique de radôme comportant une protection anodique d'épaisseur moyenne 3 à 5 /m, on appli- que par projection, avant la couche de finition 3, des couches de peinture antistatique comme celle développée par les AVIONS MARCEL DASSAULT- BREGUET 5 AVIATION , fabriquée par la Société ASTRAL et dont la résistivité de surface est inférieure à 100 MfLa Après séchage, on obtient un revêtement résistif 7 d'épaisseur comprise entre 20 à 50 'tm. Ainsi traitée, la pièce est ensuite recouverte d'un film d'épais- 10 seur 50rn environ de peinture de finition. L'écran antistatiqueformé par le revêtement 7,est relié à la masse de l'encadrement de radôme. La liaison peut être assurée soit au moyen d'une tresse métallique, soit directement par contact du revêtement résistif avec le support métallique du radôme. 15 Pour rendre équipotentielle la structure d'un avion, on traite ainsi séparément les parties extérieures de chacune des structures fron- tales au moyen du procédé conforme à l'invention. On relie ensuite les masses des structures traitées et les revêtements résistifs appliqués à la masse électrique de référence de l'aéronef. 20 Les résultats,obtenus par les demandeurs sur les structures ayant subi le traitement de protection électrostatique,sont les suivants : - le traitement selon l'invention élimine totalement les décharges rampantes, - les seules décharges résiduelles sont des décharges couronne intervenant 25 entre la couche de finition et l'écran électrostatique et dont l'inten- sité est limitée à quelques ampères. Par ailleurs, l'analyse spectrale de ces décharges résiduelles montre qu'elles sont décorrélées dans le temps, de sorte que le bruit radioélectrique engendré est à très large bande de fréquence et n'est pas 30 source de perturbations gênantes. Enfin, compte tenu de la valeur de La résistivité de surface de l'écran électrostatique appliqué sur les structures métalliques, l'inven- tion minimise les risques de foudroiement des aéronefs en vol. 2486249 6. REVENDICATIONS 1 - Procédé de protection des aéronefs contre l'accumulation de charges électrostatiques sur les surfaces externes de la structure métal- lique recouvertes d'une peinture diélectrique de finition, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer sur la structure, préalablement à la réalisa- 5 tion de la peinture de finition, un cran de protection électrostatique ayant une résistivité de surface comprise entre 1 et 100 MAL par maille carrée, et à relier ledit écran à la masse électrique de l'aéronef. 2 - Procédé de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran de protection est disposé sur un support isolant soli- daire de la structure métallique. 3 - Procédé selon la revendication 1,ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'écran de protection est formé par application d'au moins une couche de peinture ayant, après séchage, la résistivité de sur- face requise. 15 4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support de l'écran électrostatique est formé par application d'au moins une couche de peinture isolante. 5 - Procédé de protection des aéronefs conforme à la revendica- tion 2, caractérisé en ce qu'on forme sur la structure, préalablement à la 20 réalisation de la peinture de finition, d'abord au moins une première couche d'accrochage constituée par une peinture laissant après séchage un revêtement diélectrique, puis, on forme ensuite au moins une seconde couche constituée par une peinture laissant, après séchage, un revêtement résistif ayant une résistivité de surface comprise entre 1 et 100 M Y. 25 par maille carrée et en ce qu'on relie le second revêtement à la masse électrique de l'aéronef. 6 - Ecran électrostatique pour la protection des structures métalliques des aéronefs contre l'accumulation de charges électrostatiques, lesdites structures étant recouvertes d'une peinture diélectrique de fini- 30 tion, caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins une couche d'un revêtement résistif ayant une résistivité de surface comprise entre 1 et 100 M -'_ par maille carrée reliée à la masse électrique de l'aéronef. 7 - Ecran électrostatique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est supporté par un revêtement diélectrique solidaire de la 35 structure métallique. 8 - Ecran électrostatique selon l'une quelconque des revendica- tions 6 ou 7, caractérisé en ce que le revêtement résistif est obtenu par application d'au moins une couche de peinture ayant, après séchage, 2486349 7. la résistivité requise. 9 - Ecran électrostatique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le revêtement solidaire de la structure est obtenu par applica- tion d'au moins une couche de peinture laissant, après séchage, un revête- 5 ment isolant. 10 - Elément de structure métallique, notamment de structure frontale d'aéronef, recouvert de peinture diélectrique de finition, proté- gé contre l'accumulation de charges électrostatiques, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couche de revêtement résistif ayant une résistivité de surface comprise entre 1 et 100 M SI par maille carrée et des moyens de liaison à la masse électrique de l'aéronef. 11 - Elément de structure métallique notamment de structure fron- tale d'aéronef, recouvert de peinture de finition, protégé contre l'accumulation de charges électrostatiques, caractérisé en ce qu'il comprend au 15 moins une première couche d'un revêtement diélectrique solidaire de la structure et au moins une seconde couche d'un revêtement résistif ayant une résistivité de surface comprise entre 1 et 100-M &Q.. par maille carrées sous-jacente à la peinture de finition et des moyens de liaison à la masse électrique de l'aéronef. 20 12 - Elément de structure métallique selon la revendication 11, caractérisé en ce que le revêtement diélectrique solidaire de la structure est une couche de peinture dont l'épaisseur est comprise entre 3 et 5 u. 13 - Elément de structure métallique selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la couche de revêtement ré25 sistif sous-jacente à la peinture de finition est une couche de peinture dont l'épaisseur est comprise entre 20 et 50 r.