Brevet FR2528795A1 — publié le 19831223

Dispositif de dégivrage pour aéronefs. La présente invention concerne les dispositifs de dégivrage et elle vise plus particulièrement un dispositif pour le dégivrage d'ailes fixes ou tournantes, de surfaces de commande et de conduits de prise d'air pour moteurs. Généralement, les dispositifs de dégivrage pour les voilures tournantes telles que les pales de rotors d'hélicoptères sont constitués par une nappe de dégivrage fixée autour du bord d'attaque de la section profilée de la pale, cette nappe comprenant plusieurs bandes de métal électroconductrices s'étendant longitudinalement, du métal pulvérisé ou un fil métallique noyé dans une enveloppe élastique par exemple en caoutchouc ou en élastomère. La nappe est fixée au abord d'attaque de la pale au moyen d'un adhésif approprié et elle est généralement recouverte d'une protection métallique contre érosion. L'apparition de pales de rotor composites, c'est-a-dire de pales de rotor construites entièrement en matières plastiques renforcées de fibres s'est généralisée, ces pales présentant des durées de vie améliores ainsi qu'une meilleure tolérance aux dommages que les pales métalliques utilisées auparavant. I1 a donc été nécessaire de prévoir pour de telles pales des dispositifs de dégivrage possédant des propriétés compatibles. On a proposé d'utiliser, pour le dégivrage des prises d'air de moteurs, de l'air chaud provenant de l'étage de compression du moteur. Cela se fait au détriment de la puissance du moteur et nécessite des passages, conduits et valves de commande appropriés qui sont complexes et onéreux. L'invention vise un dispositif de dégivrage constitué par un matériau composite préformé comprenant une couche de fibres électroconductrices non métalliques noyée entre des couches de fibres isolantes non métalliques et des moyens de connexion pour relier les fibres électroconductrices à une source électrique extérieure. La couche conductrice de fibres non métalliques comprend avantageusement des fibres unidirectionnelles préalablement imprégnées d'une résine thermodurcissable. La couche électroconductrice peut comprendre plusieurs bandes individuelles espacées de fibres non métalliques conductrices, séparées par des bandes de fibres non métalliques isolantes. Les fibres électroconductrices peuvent comprendre des fibres de carbone et les fibres isolantes peuvent comprendre des fibres de verre. Les moyens de connexion peuvent comprendre des bandes métalliques ayant chacune l'une de leurs extrémités en contact avec les fibres électroconductrices du matériau composite et leur autre extrémité qui dépasse de ce matériau pour être connectée à la source électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le matériau composite préformé peut présenter une section sensiblement en forme de U. Cette section en U peut avantageusement comprendre une partie profilée destinée à former en service le bord d'attaque du profilé sur lequel elle est adaptée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'exasen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue en perspective d'une pale de rotor d'hélicoptère équipée d'un dispositif de dégivrage suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe partielle, suivant la ligne A-A de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe partielle, à plus grande échelle, d'une partie du dispositif de dégivrage des figures 1 et 2, prise dans la zone B de la figure 2. La figure 4 est une vue en coupe partielle, suivant la ligne C-C de la figure 1. La figure 5 est une vue en coupe d'extrémité illustrant un procédé de, fabrication du dispositif de dégivrage suivant l'invention. Sur 1a figure 1, on a représenté une pale de rotor 10 qui comprend une zone de portance 11 de section profilée, s'étendant sur toute la longueur de la pale. Un pied de pale 12 d'un seul tenant dépasse d'une extrémité de la pale 10 et sert à relier la pale à un moyen de rotor (non représenté1. Un dispositif de dégivrage 13, suivant l'invention, est fixé autour du bord d'attaque de la zone de portance 11 de la pale et s'étend sur la majeure partie de la longueur de la pale. Comme représenté plus clairement sur la figure 2, la zone 11 de la pale de rotor comprend un longeron 14 en matériau composite renforce de fibres qui présente un bord d'attaque évidé 15. Le dispositif de dégivrage 13 est fixé sur la partie évidée 15 du longeron 14 et est recouvert par un revêtement métallique anti-érosion 16. La profondeur de la partie évidée 15 est calculée de façon que le dispositif de dégivrage 13 et son revêtement protecteur 16 forment avec le reste de la pale une surface extérieure profilée lisse et continue. Le dispositif de dégivrage (figures 2 et 3) est constitué par un matériau composite préformé en U qui comprend une couche centrale 17 formée d'une pluralité de bandes espacées 18 de fibres de carbone unidirectionnelles pré-imprégnées orientées longitudinalement par rapport à la portion 11 de la pale de rotor 10 (figure 1). La couche 17 est interposée entre des couches 19 de fibres de verre tissées ou unidirectionnelles pré-imprégnées, et les bandes 18 de fibres de carbone sont séparées par des bandes isolantes 20, avantageusement faites dans un matériau analogue à celui des couches 19 et ayant une largeur d'environ 2,0 mm. Des connecteurs électriques sont disposés aux extrémités des bandes 18 de fibres de carbone et, comme représenté sur la figure 4, ils sont constitués par des bandes de cuivre plaquées de nickel 21. Les extrémités intérieures d'une paire de connecteurs 21 enserrent les extrémités des bandes 18 de fibres de carbone et sont elles-mêmes enserrées par les couches 19 de fibres de verre tissées. Comme il ressort de la figure 4, les bandes de cuivre 21, à l'extrémité de l'une des bandes 18, dépassent de l'extrémité du matériau composite qui se trouve au pied de la pale 10 (figure 1) pour constituer l'une des connexions avec une source électrique. Les paires respectives de bandes de cuivre 21, à l'extrémité de pied de pale des bandes 18, sont avantageusement interconnectées pour définir une paire de connexions pouvant être reliées à la source électrique. A l'extrémité de bout de pale du disposi tint, c'est-a-aire son extrémité adjacente au bout de la pale 10 lorsqu'il est fixé à la pale, les bandes de cuivre 21 de toutes les bandes 18 en fibres de carbone sont interconnectees et noyées dans les couches isolantes 19. De ce fait, en fonctionnement, le courant électrique arrive par l'une des connexions au piedode la, pale, circule le long d'une ou de plusieurs bandes 18 et revient par le reste des bandes 18 à la connexion respective de pied de pale. On va maintenant décrire, en référence à la figure 5, "un procédé de fabrication du dispositif de dégivrage-suivant l'invention utilisable pour le mode de réalisation décrit ci-dessus. Le matériau composite qui constitue le dispositi'f 13 est d'abord étalé sur une surface plate et peut présenter par exemple une épaisseùr totale de 1,25 mm. On fait alors partiellement durcir ce matériau à l'état plat en appliquant une pression sous vide a 7O0C pendant 1 heure 1/2. On enroule alors soigneusement le matériau composite partiellement durci autour d'un outil mâle 22 (figure 5) préchauffé à une température de 509C et dont le profil extérieur correspond a la partie évidée 15 du longeron 14 de la pale de rotor. Une sangle 23, en caoutchouc au Néoprène, serrée en 24 sur l'une des extrémités de l'outil 22 (figure 5) est alors appliquée sur le dispositif partiellement durci et mise sous une tension d'environ 0,35 ri/m de largeur, comme indiqué par la flèche 25 On procède ensuite au durcissage final par applicatitn d'une pression sous vide' pendant environ 2 heures à 1200C, puis on retire de l'outil 22 le dispositif de dégivrage 13 constitué par le matériau préformé.En 'variante, le durcissement fiiial peut être effectué en autoclave sous une pression d'environ 1,75 bar La résistance électrique et donc le rendement calorifiqu' de l'appareil de dégivrage selon l'invention pour une valeur de courant donnée est oéterminee par l'êpaiseur des bandes 18 en fibres de carbone. 'intensité thermique nécessaire au dégivrage de la pale varie sur la longueur du longeron de la pale et la présente invention facilite l'obtention d'intensités localisées ideales puisqu'il suffit de faire varier I'épaisseur de la couche de fibres de carbone dans les .différentes zones du dispositif, par sélection appropriée du nombre des feuilles qui constituent la couche de fibres de carbone en cours de fabrication. Une fonte symétrique contrôlée de la glace dans les zones identiques de chacune des pales du rotor est essentielle au maintien de l'intégrité dynamique. On peut obtenir ce résultat au moyen du dispositif 13 suivant l'invention qu'on subdivise sur la longueur de la pale, ce qui permet d'alimenter divers segments choisis simultanément sur différentes pales à l'aide d'un dispositif séquentiel bien connu de l'homme de l'art. Le mode de réalisation que l'on vient de de- crire vise un dispositif de dégivrage utilisable sur les pales composites de rotor d'hélicoptère et fabri qué dans des matériaux compatibles avec ceux de la pale elle-meme. Ce dispositif peut être conçu pour fournir la température nécessaire à un dégivrage efficace dans des zones données et il est résistant aux dommages dans la mesure ou il effectue encore un certain dégivrage tant que la continuité électrique est maintenue par au moins deux des bandes de fibres de carbone reliées au circuit extérieur.En dehors de sa fonction principale de dégivrage, ce dispositif étant fait dans des matériaux analogues à ceux qui constituent la structure de la pale composite, peut être utilisé pour produire les caractéristiques dynamiques désires au cours de sa conception et de sa fabrication. En cas de panne totale du dispositif, on peut le décoller de la pale et le remplacer par un nouveau dispositif sans modifier les caractéristiques dynamiques de la pale de rotor. La section sensiblement en forme de U et le procédé de fabrication du mode de réalisation décrit s'appliquent également aux dispositifs de dégivrage fixés sur les bords d'attaque d'ailes fixes ou mobiles, de stabilisateurs, de dérives ou de surfaces de commande ; ils conviennent particu ilêrement bien aussi au dégivrage du bord d'attaque. d'une prise d'air pour moteur. Dans de telles applications, le dispositif peut être soit fixé par adhésif à, une surface évidée sensiblement pleine comme décrit plus haut, soit retenu par des vis ou des boulons, les boulons ou les vis de fixation étant disposés entre les bandes espacées de fibres de carbone. En variante, et en raison de la rigidité inhérente du matériau composite pré-durci, le dispositif suivant l'invention peut être autoporteur et ne doit pas n8cessairement s'appuyer sur une surface de fixation solide, de forme appropriée, ainsi que le néces sîtent les bandes de dégivrage classiques. Par conséquent, dans les installations telles que les prises d'air de moteur, le dispositif suivant l'invention peut former à la fois un élément de structure et un appareil de dégivrage. Dans le cas du matériau composite en forme de U décrit plus haut, on peut obtenir un tel résultat en fixant les portions chevauchantes des extrémités libres du dispositif sur l'extrémité d'une structure 'existante telle qu'un capot de moteur. Dans son application au dégivrage des prises d'air de moteur, le dispositif suivant l'invention élimine la complexité des systèmes antérieurs à prélèvement d'air chaud, il ne diminue pas le rendement du moteur et constitue un système de dégivrage indépen dant facile à remplacer en cas de dommage. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. C'est ainsi que le dispositif suivant l'invention, au lieu de présenter la section en forme de U décrite plus haut, peut prendre n'importe quelle forme selon l'application envisagée. L'emploi de mate- riaux renforcés de fibres pré-imprégnées auxquels il est facile de donner des formes complexes, et qu'on durcit pour leur conserver leur forme, constitue une autre caractéristique importante de l'invention. On peut également utiliser d'autres matériaux appropriés, renforcés de fibre, tels qu'un matériau composé de fibres, de carbone recouvertes de nickel pour dépôt électrolytique, disponibles dans le commerce sous la dénomination de Cymet, pour les couches électroconductrices, et des matériaux disponibles dans le commerce sous la dénomination de Kevlar pour les couches isolantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de dégivrage pour aéronef, ca ractérisé en ce qu'il comprend un matériau composite préforme comprenant une couche de fibres non métalli ques -électroconductrices noyées dans des couches de fibres non métalliques isolantes, et des moyens de connexion pour connecter les fibres électroconductrices à une source électrique extérieure. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche conductrice de fibres non métalliques comprend des fibres unidirectonnelles préalablement imprégnées avec une résine thetmodurcissable. 3. Dispositif- suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la couche électroconductrice comprend une pluralité de bandes individuelles espacées des fibres conductrices non métalliques précitées, séparées par des bandes de fibres non métalliques isolantes. 4. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres élec trocvonductrices sont constituées par des fibres de carbone. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que les fibres isolantes sont constituées par des fibres de verre. 6. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de connexion précités comprennent des bandes de métal ayant chacune l'une de leurs extrémités disposée au contact des fibres électroconductrices du matériau composite et leur autre extrémité qui dépasse du matériau composite pour être connectée à la source électrique. 7. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau composite a une section transversale sensiblement en forme de U. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la section en forme de U constitue une section profilée adaptée à former à l'usage le bord d'attaque d'une surface profilée sur laquelle elle est fixée.