Brevet FR2528384A1 — publié le 19831216

RÉPUBLIQUE FRAN AISE INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS A 1 2 528 384 ( 1 ' i'J -j p a iwfti O a (A n'utiliseî que iui les commandes de:-; tuction). DEMANDE DE BREVET D'INVENTION No 82 10004 Dispositif pour détecter et empêcher la formation de glace sur des surfaces profilées. O Classification internationale (Int CI) B 64-D 15/20. CI Date de dépôt _ 9 juin 1982. )) Priorité revendiquée ( ) Date de la mise à la disposition du public de la demande B O P I " Listes " n 50 du 16-12-1983. Déposant: SOCIETE NATIONALE D'ETUDE ET DE CONSTRUCTION DE MOTEURS D'AVIA- TION (SNECMA), société anonyme FR. Invention de: Patrick Roger Jean Derouet, Christian Jean Cattaneo et Michel Claude François Laroche. Titulaire Mandataire: François Moinat, service des brevets, Snecma, BP 81, 91003 Evry Cedex. D Vente des fascicules à l'IMPRIMERIE NATIONALE, 27 rue de la Convention 75732 PARIS CEDEX 15 DISPOSITIF POUR DETECTER ET EMPECHER LA FORMATION DE GLACE SUR DES SURFACES PROFILEES. La présente invention a pour objet un dispositif pour dé- tecter et empêcher la formation de glace sur des surfaces profilées. En particulier, tous les organes d'un avion exposes a l'impact de l'écoulement extérieur sont susceptibles, en conditions givrantes, d'être le siège d'une accumulation rapide de glace Le figeage de l'eau en surfusion s'amorce à tous les points d'arrêts des profils et gagne de proche en proche et peut former des blocs importants qui déforment les profils aérodynamiques, se détachent brusquement et vont endommager les structures. Dans l'entrée d'air d'un turboréacteur en particulier, les blocs qui se forment sur la lèvre d'entrée, sur le capot fixe ou tournant ou sur les directrices d'entrée peuvent endommager les aubes ou, lorsqu'ils sont centrifugés par le rotor, les parois internes de la veine. La présente invention vise notamment à satisfaire deux objectifs, à savoir d'une part, en conditions normales, empêcher le givre de se former, d'autre part, en condi- tions de givrage sévère, le fractionner et l'éliminer avant qu'il n'atteigne des épaisseurs dangereuses. On connaît déjà une disposition préventive visant le pre- mier objectif, dans laquelle un liquide de dégivrage est amené par une ouverture sur la surface externe de la structure, par l'intermédiaire d'une chambre dont la pa- roi externe est poreuse, de manière à permettre une distri- bution du liquide de dégivrage sur la surface externe. Toutefois, ce dispositif nécessite l'embarquement de liquide antigel ainsi qu'une commande de mise en route actionnée par le pilote. D'autres dispositions connues utilisent une membrane souple, déformable sous l'action d'une pression pneuma- tique, pour fractionner la glace susceptible de se for- mer sur le bord avant d'une aile d'avion et l'éliminer avant qu'elle n'atteigne des épaisseurs dangereuses. Toutefois, ces dispositions connues nécessitent également, pour leur mise en route, une commande de mise en pression. Le dispositif selon l'invention est du type comportant une paroi déformable sous l'action d'une pression pneuma- tique et permet de satisfaire simultanément aux deux ob- jectifs précités. En outre, il échappe à la nécessité d'une commande de mise en route car son fonctionnement est entièrement automa- tique. Le dispositif pour détecter et empêcher la formation de glace sur des surfaces profilées, selon l'invention, du type comportant une paroi déformable sous l'action d'une pression pneumatique, est en effet remarquable en ce que ladite paroi est poreuse et fixée sur une structure sup- port rigide creuse formant enceinte principale suivant des lignes de contact étanches délimitant des enceintes élémentaires, chaque enceinte élémentaire comportant au moins un orifice de communication avec l'enceinte prin- cipale ménagée dans la structure creuse, l'enceinte prin- cipale étant alimentée en permanence par une source de gaz chaud. On comprend qu'en conditions normales, l'alimentation en permanence de l'enceinte principale par une source de gaz chaud transpirant par la paroi poreuse qui recouvre la structure à surface profilée, permet d'empêcher la formation du givre Une telle alimentation, prélevée par exemple sur le flux de sortie d'un compresseur, ne néces- site qu'une faible dépense d'é nergie. Dans le cas de conditions de givrage sévère les pores de la paroi déformable se trouvent obturés par la glace et les enceintes élémentaires, se trouvant ainsi automa- tiquement mises en pression, se gonflent et se déforment pour fractionner la glace avant qu'elle n'atteigne une épaisseur dangereuse De plus, lorsque la glace commence a recouvrir l'enveloppe déformable, elle isole celle-ci du flux froid, ce qui provoque son réchauffage et faci- lite ainsi le détachement de la glace. La présente invention vise également, à titre de seconde application du moyen général, un dispositif détecteur de la formation de glace Cette application est intéressante, notamment,en ce qu'elle permet d'automatiser un dispositif classique de dégivrage comportant une commande de déclen- chement. Le dispositif détecteur selon la présente invention est remarquable en ce que la structure support et la membrane déformable sont équipées, en au moins un point de chaque enceinte élémentaire, de moyens électriques dont le dépla-' cement engendre un signal. L'augmentation de la pression dans l'enceinte principale ou dans une enceinte élémentaire peut fournir aussi un signal de détection. * 4 On comprend l'avantage que peut présenter dans certains cas un tel détecteur placé sur la zone la plus vulnérable au givrage, fonctionnant en permanence avec un prélève- ment minimum d{'énergie, et susceptible de délivrer un si- gnal de commande a un système de dégivrage commandé, d'un type quelconque. D'autres particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et des dessins annexés donnés seulement à titre d'exemple, dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe d'une application de l'invention à un capot de turboréacteur d'aviation, par exemple à un capot tournant, la figure 2 est une vue de détail agrandie de la paroi déformable poreuse. On a représenté sur la figure 1, de manière schématique, un capot tournant 1 de turbomachine en forme d'ogive, for- mant une structure creuse de révolution et comportant un arbre 2 Cette structure est alimentée en permanence en gaz chaud, suivant les flèches F, par des orifices 3 et 4, raccordes a une source d'air chaud, non représentée, en provenance d'un compresseur par exemple. Sur la face externe de la partie profilée 1 ' de la struc- ture 1, sont ménagées des nervures en saillie 6 espacées régulièrement et réparties suivant des lignes parallèles. Les nervures représentées sont de révolution mais d'autres nervures n'apparaissant pas sur la vue en coupe sont éga- lement réparties suivant une deuxième famille de lignes parallèles, par exemple, suivant certaines directrices du capot, de manière à former un maillage relativement régu- lier Chaque maille comporte au moins un trou 7 de grand diamètre par lequel s'échappe, de manière schématisée par les flèches F', l'air chaud contenu dans l'enceinte 8. Une membrane souple 9, constituée par exemple d'un maté- riau élastomère, est solidarisée de la partie 1 ' de la structure support par l'intermédiaire de nervures 6. La solidarisation de la membrane 9 et de la partie 1 ' de la structure a été effectuée de manière étanche suivant le tracé des nervures 6 de sorte que celles-ci délimitent des enceintes élémentaires telles que 11, de faible hau- teur, recouvrant toute la surface profilée de la structure. Les nervures délimitant les enceintes élémentaires pour- raient être portées par la membrane souple, par exemple venues de moulage lors de la fabrication de la membrane. Dans une version simplifiée, on pourrait se dispenser des nervures présentées par la surface profilée de la struc- ture, les lignes de contact entre la membrane souple et la structure support étant alors simplement constituées par des traits de colle appliqués en lignes parallèles ou sous forme de quadrillage sur le capot, avant le mon- tage de la membrane. La membrane souple 9 a été représentée, sur la partie gau- che de la figure 1, dans les conditions normales de fonc- tionnement, l'air s'échappant par les pores de la paroi, et, sur la partie droite de la figure, dans des conditions de givrage sévère, o les pores de la paroi souple se trouvent obturés. La paroi déformable 9, qui est réalisée par exemple en élastomère ou en un tissu élastique, est percée de trous ou pores 10, de faible diamètre, sur toute sa surface, à l'exception éventuellement des emplacements tels que 6 o elle est solidarisée avec la surface extérieure de la structure. La pression Pl régnant à l'intérieur de l'enceinte alimen- tée en permanence en air chaud est supérieure à la pres- sion ambiante P 2 régnant dans l'atmosphère On voit sur la partie gauche de la figure (flèches f) que l'air chaud s'échappe en permanence par les trous ou pores 10 de la membrane 9 La membrane souple externe 9 est ainsi ré- chauffée en permanence et, dans les conditions normales ce débit d'air suffit à empêcher toute formation de glace. Sur la partie droite de la figure on a illustré le fonc- tionnement du dispositif lorsque apparaissent des condi- tions plus sévères Le contact de l'air extérieur, chargé d'eau en surfusion, avec la surface de la membrane peut suffire à déclencher un figeage de l'eau, en particulier à tous les points d'arrêt des profils les plus fortement exposés à l'impact Le givrage gagne alors de proche en proche à une vitesse parfois très rapide La glace qui se forme sur la partie droite de la figure obture alors les trous ou pores 10 de la membrane souple 9 ce qui a pour effet d'empêcher l'air pénétrant par les orifices 7 de s'échapper Chaque enceinte élémentaire 11 se trouve alors mise en pression et la partie de la membrane déli- mitée par les lignes de contact ou nervures 6 se déforme et change alors de courbure Cette déformation a pour effet de casser la pellicule de glace 12 avant qu'elle n'atteigne une épaisseur dangereuse. Il est fondamental, pour le bon fonctionnement du dispo- sitif selon l'invention, que la paroi 9 présente à la fois de bonnes caractéristiques de souplesse, de porosité et de longévité A titre d'exemple, sur la vue agrandie de la figure 2 illustrant le détail (indiqué par un cercle sur la figure 1) d'une coupe partielle de la membrane souple 9, on a représenté des renforts internes 13 venus de moulage prévus à la périphérie de chaque pore 10 pour prévenir une amorce de déchirure à l'endroit des trous ou pores 10 lors de la déformation. On remarque que le dispositif utilise donc deux actions conjuguées pour combattre le givre, d'une part une action thermique d'un écoulement d'air chaud au travers de la membrane souple et d'autre part une action mécanique liée à la déformation dé la membrane souple lorsque les pores de celle-ci se trouvent obstrués par une pellicule de glace. On remarquera également que la mise en oeuvre de cette action mécanique s'effectue de manière automatique sans accessoires compliqués, vannes, capteurs Dans une application particulière du moyen général ci- dessus décrit, on peut utiliser le dispositif comme détec- teur de givrage Le dispositif peut présenter alors des dimensions plus réduites et être placé sélectivement dans une zone particulièrement vulnérable au givrage Des moyens détecteurs associés au déplacement de la membrane sont alors prévus pour délivrer un signal lorsque la mem- brane se déforme. Dans un premier exemple, un poussoir appuyant élastique- ment sur la face interne de la paroi déformable et coulis- sant à travers une ouverture de la structure fixe peut actionner un contact électrique logé dans un boîtier fixé à l'intérieur de la structure fixe. Dans un autre exemple, les moyens électriques peuvent être constitués par les armatures d'un condensateur, dis- posées respectivement sur la structure fixe et sur la paroi déformable à l'intérieur de chaque enceinte élé- mentaire La variation de capacité consécutive à un dé- placement de la paroi déformable est alors susceptible, par l'intermédiaire d'un circuit oscillant par exemple, d'engendrer un signal. Le moyen détecteur utilisé pour délivrer un signal peut aussi être constitué par un capteur de pression, du type connu, réglé pour délivrer un signal pour une pression dépassant un seuil prédéterminé (P 3 Do Pl) Un tel capteur peut être placé dans l'enceinte principale, ou bien dans l'une des enceintes élémentaires convenablement choisie. Le signal délivré par un tel détecteur peut être utilisé pour la commande d'un dispositif de dégivrage de type quelconque, en particulier un dispositif exigeant un ap- port d'énergie important On notera que l'alimentation en permanence d'un détecteur, conformezà l'invention, de faible dimension, ne nécessite qu'un très faible apport d'énergie, sans influence notable sur la consommation spécifique d'un moteur d'avion. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation tels que décrits ci-dessus mais couvre éga- lement toutes les réalisations pouvant être déduites de ceux-ci par substitution d'équivalents techniques. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour détecter et empêcher la formation de glace sur des surfaces profilées, du type comportant une paroi déformable Sous l'action d'une pression pneumatique, caractérisé en ce que ladite paroi ( 9) est poreuse et fixée sur une structure support rigide creuse ( 1) formant enceinte principale suivant des lignes de contact étanche ( 6) délimitant des enceintes élémentaires ( 11), chaque enceinte élémentaire ( 11) comportant au moins un orifice de communication ( 7) avec l'enceinte principale ( 8) ména- gée dans la structure creuse, l'enceinte principale étant alimentée en permanence par une source de gaz chaud. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes de contact sont constituées par des ner- vures en saillie ( 6) vers l'extérieur appartenant à la structure support. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes de contact sont constituées par des ner- vures en saillie vers l'intérieur appartenant a la mem- brane déformable. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes de contact sont constituées par une subs- tance adhésive. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lignes de contact sont ré- parties suivant des lignes parallèles. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les lignes de contact sont disposées de manière à former un maillage. 7., Dispositif pour détecter la formation de glace selon la revendication l, caractérisé en ce que la structure sup- port et la membrane déformable sont équipées en au moins un point de chaque enceinte élémentaire i de moyens élec- triques dont le déplacement engendre u*' ':;al. 8 Dispositif pour détecter la formation c c_ 2 co selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moon l'une des enceintes est 6 quipée d'un capteur de surpression qui engendre un signal.