Brevet FR2730597A1 — publié le 19960814

1. L'invention concerne un dispositif de protection contre la formation de glace, alimenté électriquement et destiné à être utilisé en des emplacements o il est sou- haitable d'empêcher la formation de glace. Le dispositif de protection contre la formation de glace peut être un dispositif du type à dégivrage, dans lequel un chauffage électrique est appliqué de façon inter- mittente de manière à éliminer la glace qui s'est formée pendant la période intercalaire, pendant laquelle le dispo- sitif n'était pas alimenté en énergie. L'invention concerne également un dispositif du type anti-givre, qui est main- tenu essentiellement continûment en fonctionnement, pour essayer d'empêcher toute formation de glace, le dispositif maintenant alors de façon typique une surface de fonction- nement dans un état humide. Les dispositifs de protection contre la formation de glace du type à dégivrage ou du type anti-givre sont habituellement utilisés pour des profils aérodynamiques chauffants, des bords avant d'hélices et des surfaces de conduits d'admission de moteurs d'avions. On les utilise également pour les aubes de turbines éoliennes. Une struc- ture bien confirmée d'un dispositif de protection contre la formation de glace se présente sous la forme d'untapisformé d'un matériau électriquement isolant de type caoutchouc, dans lequel sont enrobés des éléments chauffants élec- triques, le tapis étant fixé au moyen d'une fixation, avec application de chaleur et de pression, au matériau qui doit être protégé. De façon typique, la fixation s'effectue sur la surface inférieure d'un composant formé d'un matériau en forme de feuille, dont l'autre face est exposée à un écou- lement d'air et doit être protégée vis-à-vis d'un risque potentiel de formation de glace. L'ensemble réuni résultant comprenant une surface structurelle et un dispositif de chauffage fournit un fonc- tionnement satisfaisant, mais pour des raisons logistiques, il se pose des problèmes de fabrication. Habituellement l'élément structurel, tel qu'une hélice ou le côté admis- sion d'un moteur, est fabriqué par un spécialiste, tandis que l'élément chauffant et également l'exécution de la liaison sont exécutés par un autre spécialiste. Ceci exige par conséquent le transport de l'élément structurel depuis le fabricant initial jusqu'au spécialiste, qui fixe letapis chauffant en position, puis son transport soit chez le fournisseur principal, soit chez l'utilisateur final, par exemple un fabricant d'avions ou d'hélicoptères dans le cas par exemple d'une section de surface portante ou du conduit d'admission d'un moteur. Souvent, la section de surface portante ou le conduit d'admission possède une forme étendue et/ou non complexe, ne permettant pas un empilage. De façon typique, les formes complexes peuvent posséder des surfacesqui sont courbes en coupe transversale, lorsqu'on les considère dans chacun de deux plans ou d'un nombre supérieur de plans per- pendiculaires entre eux, c'est-à-dire qu'il ne s'agit pas de simples surfaces partiellement cylindriques. Par consé- quent, outre le fait de nécessiter beaucoup de temps, le transport implique le déplacement d'éléments à paroi mince et souvent fragile, mais volumineux. L'exigence d'un trans- port signifie que des éléments doivent souvent être dispo- sés dans des gabarits appropriés de retenue avant leur transport. Si un ensemble formant tapis pouvant être chauffé est préformé et est envoyé au fournisseur principal pour son montage, il se pose des problèmes de transport simi- laires. En dépit de ces précautions, les éléments sont sus- ceptibles d'être endommagés pendant le transport. Les coûts augmentent non seulement en raison des coûts directs de transport et d'emballage, mais également en raison des coûts indirects liés au temps d'arrêt, lorsqu'une mainte- nance est requise, et le dispositif de protection contre la formation de glace n'est pas disponible pour son utilisa- tion, ce qui peut durer quelques semaines, et par consé- quent le client doit conserver un stock plus important. Des problèmes similaires de transport et de retard se posent lorsqu'une surface portante, un conduit d'admission ou analogue monté existant, doit être aménagée en étant équipée d'un dispositif de chauffage ou doit être réparée. La présente invention a pour but d'indiquer un appareil perfectionné de protection contre la formation de glace, un dispositif perfectionné de protection contre la formation de glace et un procédé pour fournir une protec- tion contre la formation de glace, et dans lesquels au moins l'un des problèmes décrits précédemment est atténué ou éliminé. Conformément à l'un de ses aspects, la présente invention fournit un dispositif de protection contre la formation de glace comprenant un élément structurel et un ensemble formant tapis pouvant être chauffé électriquement fixé à cet élément structurel, l'ensemble formant tapis com- prenant une pluralité de sections detapisdiscrètes fixées à l'élément structurel, chaque section comportant un élément chauffant étant fixée au moyen d'un adhésif. Les sections de tapis individuelles comportant un élément chauffant peuvent être interconnectées électri- quement en série et/ou en parallèle; certaines sections de tapispeuvent être activées indépendamment des autres, ce qui a pour effet que l'on peut faire fonctionner certaines sec- tions de tapis de manière qu'elles présentent une puissance de sortie de chauffage qui est sélectivement variable par rapport à la puissance de sortie de l'autre section de tapis. On peut regrouper sélectivement les sections de tapispour le raccordement à des phases respectives d'une source d'alimentation multiphasée à courant alternatif. L'élément structurel peut posséder une forme com- plexe comportant au moins en partie une région de surface, qui est courbe, lorsqu'on la considère suivant au moins deux directions réciproquement perpendiculaires. Dans ce cas, les sections de tapis possèdent de préférence un profil sélectionné de telle sorte qu'une pluralité de sections de tapiscorrespondantes de ce profil peuvent être empilées les unes sur les autres pour leur transport et leur stockage, avant d'être fixées par un adhésif à un élément structurel. L'élément structurel peut comporter en partie une région de surface ayant une forme complexe comme mentionné précédemment, et une région ayant une forme plane ou une simple courbure, auquel cas de préférence au moins une sec- tion de tapis, qui possède uniquement une forme plane et/ou une forme à simple courbure, est fixée à la région plane et/ou à simple courbure. Dans le cas d'une section detapis destinée à être montée sur la surface d'un élément structurel, qui possède une forme complexe, la section de tapis est de préférence réalisée en un matériau préformé, par exemple un matériau moulé. De préférence, une section de tapis est prémoulée de manière à posséder une forme qui correspond essentiellement à la forme de la partie de l'élément structurel, à laquelle elle doit être fixée. L'élément structurel peut être d'un type clas- sique et être formé par exemple d'une feuille d'aluminium ou d'une feuille de titane formée d'une manière super-plas- tique ou d'une structure formée d'un matériau composite. La présente invention fournit en outre une sec- tion de tapis comportant un élément chauffant, préformée de manière à posséder une région de surface ayant une courbure complexe, qui s'adapte à la forme d'une surface d'un élé- ment structurel, à laquelle la section doit être fixée par adhérence. De façon typique, l'adhésif doit: (1) maintenir une liaison par adhérence dans une gamme de températures correspondant à la température de fonc- tionnement du dispositif formant tapis pouvant être chauffé, qui peut se situer entre -60'C et +140'C, (2) être suffisamment flexible et élastique pour s'adapter à une dilatation thermique différentielle entre la section de tapis pouvant être chauffée et l'élément structurel, (3) être stable dans une gamme d'environnements de fonc- tionnement, (4) résister à une attaque par des substances polluantes, comme par exemple des lubrifiants d'un moteur et d'un élément de transmission, et de fluides de nettoyage du logement moteur. De préférence l'adhésif est un adhésif à contact direct unique tel que le produit désigné sous l'appellation SCOTCHGRIP 1300L, fabriqué par la société dite 3M Indus- trial Tapes and Adhesives. L'adhésif peut être préalablement déposé par le fabricant de tapis sur une surface de la section detapispou- vant être chauffée, être protégé par un papier détachable avant l'assemblage et être réactivé à l'aide d'un solvant approprié ou par d'autres moyens avant sa mise en contact avec l'élément structurel pour établir la liaison adhésive avec ce dernier. S'il faut retirer la section detapis, on peut uti- liser le même solvant pour favoriser la séparation une fois que l'interface de liaison a été localement détachée par des moyens mécaniques. L'invention concerne un procédé d'assemblage, dans lequel on utilise des masques disposés sur des sec- tions prescrites de surface d'un élément structurel afin de faciliter le positionnement précis d'au moins une première section detapissur cet élément structurel. Des marquages de lignes peuvent être appliqués à la surface de l'élément structurel, sur laquelle les sections detapis doivent être fixées par adhérence. En raison de la nature modulaire du dispositif formanttapis comportant un élément chauffant et qui comprend une pluralité de sections conformées de façon appropriée, il est possible d'utiliser un adhésif du type à contact fort et d'obtenir encore une précision de position- nement, que l'on ne pourrait pas aisément atteindre si, dans le cas contraire, il fallait fixer à un tapis préformé classique comportant un élément chauffant à l'élément structurel, sous une forme monobloc au moyen de l'utilisation d'un adhésif de contact, plutôt qu'au moyen d'une liaison classique. Les sections de tapis sont réunies entre elles en aboutement ou espacées par exemple d'une distance non supé- rieure à un faible intervalle, par exemple un intervalle inférieur à 2 mm. Des bords voisins de sections de tapis adjacentes peuvent être de type rectiligne ou non rectiligne, par exemple d'un type incurvé sur l'étendue en longueur du bord, ou par exemple d'un type denté. De préférence, les bords voisins possèdent des formes complémentaires. Des sections detapisadjacentes peuvent comporter des bords voi- sins d'un type denté comprenant chacun une pluralité de parties saillantes espacées sur l'étendue en longueur du bord respectif et conformées et dimensionnées de telle sorte que les parties saillantes de l'un desdits bords voi- sins sont situées, dans le dispositif de protection contre la formation de glace, en étant interdigitées avec les par- ties saillantes de l'autre desdits bords voisins. Les parties saillantes interdigitées d'un couple de bords voisins disposés en vis-à-vis peuvent posséder la forme d'un joint en peigne, ce qui a pour effet que la sec- tion interdigitée ne commandant pas ou ne maintenant pas de façon précise une valeur minimale d'espacement entre les sections adjacentes. Sinon, les parties saillantes interdi- gitées peuvent être d'un type qui établisse un verrouillage empêchant une séparation inutile de sections voisines. Les parties saillantes peuvent être verrouillées sous la forme d'un joint en queue d'aronde. Dans le cas d'une disposition interdigitée du type en peigne, il est envisagé conformément à la présente invention que les bords latéraux des parties saillantes respectives, qui s'étendent sensiblement perpendiculaire- ment à l'étendue en longueur du bord d'une section detapis, soit situés en contact avec ou en proximité d'un bord laté- ral correspondant d'une partie saillante voisine d'une sec- tion de tapis adjacente, ce qui garantit que, même si des bords, tournés vers l'extérieur, des parties saillantes peuvent être espacées d'une section de tapis adjacente, au moins les bords latéraux sont en contact ou sont en contact ou séparés par une très faible distance, d'une manière per- mettant une amélioration de l'uniformité du chauffage dans la zone de surface protégée. Pour une section de tapis possédant un bord non rectiligne comprenant des parties saillantes espacées, de préférence la section de tapis comprend un fil de chauffage du bord, qui s'étend localement dans chacune ou dans au moins certaines desdites parties saillantes. On peut utiliser des sections de tapis présentant un chauffage d'une intensité supérieure dans des régions de bord, qui sont voisines d'une autre section de tapis, de manière à garantir un envoi adéquat de chaleur au matériau de l'élément structurel au voisinage d'un intervalle pré- sent entre des sections de tapisvoisines. Les sections de tapis peuvent comprendre chacune un élément chauffant d'un type qui comprend, de façon connue, un fil chauffant ou des éléments de feuille découpés. Dans un système modulaire de protection contre la formation de glace selon la présente invention et d'un type comprenant à la fois des éléments de dégivrage et des élé- ments anti-givre, une limite entre des sections detapisvoi- sines peuvent être disposées en étant essentiellement ali- gnées avec une limite située entre lesdits éléments de dégivrage et lesdits éléments anti-givre. L'ensemble d'au moins une section de tapis peut contenir uniquement des éléments électriques de dégivrage ou contenir uniquement des éléments électriques anti-givre. Ceci contribue à réduire le nombre de connexions élec- triques dans le dispositif formant tapis pouvant être chauffé. Les sections de tapis peuvent être prévues au niveau d'une surface d'un élément structurel en forme de feuille, à l'opposé de la surface sur laquelle la glace peut se former, ou bien peuvent être disposées de manière à recouvrir la surface de l'élément structurel, qui sinon serait exposée à un risque de formation de glace. En parti- culier mais non exclusivement, dans le cas de sections de tapisqui sont prévues sur ladite surface opposée, la struc- ture en coupe transversale d'une section detapis peut être choisie de telle sorte que la conduction de la chaleur depuis l'élément chauffant à la surface non collée du dis- positif de chauffage peut être empêchée, par exemple au moyen d'un matériau d'isolation thermique, par rapport à la conduction de la chaleur en direction de la surface du sys- tème intégré de protection contre la formation de glace, qui est exposée à l'écoulement d'air. De préférence, l'épaisseur de l'isolant thermique sur la surface non col- lée de l'élément chauffant d'une section de tapis est plus importante dans une section qui possède une puissance de sortie thermique élevée, que dans une section dans laquelle est requise une faible puissance thermique. De préférence, des sections de tapis plus chaudes sont fixées par adhésif et sont connectées électriquement d'une manière permettant de remplacer ensuite individuelle- ment des sections detapis individuelles, par exemple dans le cas d'une défaillance ou d'une exigence imposant de prévoir au niveau de cette région de surface de l'élément structu- rel un niveau d'entrée de chaleur différent. On va maintenant décrire des formes de réalisa- tion de la présente invention, uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés schématiques, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'un dispositif formant tapis comportant un élément chauffant, tel qu'il est supporté par une section d'un élé- ment structurel; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'un système d'admission d'air pour un moteur d'hélicoptère; - la figure 3 représente une vue en perspective d'une partie du système d'admission de la figure 2; - la figure 4 est une vue en plan d'une partie d'un dispositif formant tapis comportant un élément chauf- fant, au niveau de la jonction entre deux sections de tapis; - la figure 5 représente une variation de la forme de réalisation de la figure 4; et la figure 6 représente la forme de réalisation de la figure 4, d'une manière plus détaillée. La figure 1 représente une pluralité 10 de sec- tions de tapis fixées à une partie d'un élément structurel 28. Chacune des sections de tapis possède une courbure complexe, et des sections voisines sont disposées de telle sorte que leurs bords respectifs rectilignes ou courbes sont en contact réciproque par aboutement. Le dispositif comprend deux couples de tapis laté- raux 13, 14; 13', 14', les deux tapis de chaque ensemble étant interconnectés par des connecteurs électriques 15. De façon similaire, les deux tapis centraux 16, 17 sont interconnectés par un connecteur électrique 18. Dans cette forme de réalisation l'un des tapis 17 est équipé de capteurs de température 20. La pluralité des sections de tapis sont fixées, grâce à l'utilisation d'un adhésif de contact, à une couche sous-jacente d'un matériau structu- rel, par exemple une tôle d'aluminium. Les figures 2 et 3 représentent une partie d'un conduit d'admission 22 pour un moteur d'hélicoptère, desti- née à être utilisée dans un agencement dans lequel un tube de transmission de couple traverse le conduit. Le conduit possède une forme très complexe et, comme représenté sur la figure 3, est agencé de manière à être recouvert par une pluralité de sections de tapis 25. Comme cela est également représenté sur la figure 3, chaque section de tapis possède une courbure complexe, et possède une forme dont le profil est tel qu'une pluralité des sec- tions de tapis individuelles 25 d'un type correspondant, par exemple pour son utilisation avec une pluralité de conduits d'admission similaires 25, peuvent être empilées les unes sur les autres. La figure 4 représente une partie de chacune de deux sections de tapis 30, 31 (sur un support 29 d'élément structurel) comportant chacune un bord non rectiligne com- prenant une série de parties saillantes 32 espacées dans la direction de l'étendue en longueur du bord, de telle sorte que les parties saillantes 32 d'un bord sont interdigitées avec celles du bord, situé en vis-à-vis, de la section de tapisadjacente. Les parties saillantes 32 possèdent toutes une forme rectangulaire, et l'espacement et les dimensions des parties saillantes sont choisis de telle sorte que les bords latéraux 34 des parties saillantes voisines 32 sont en contact. Par conséquent, même si le bord 35, tourné vers l'extérieur, d'une partie saillante d'une section detapis peut être espacé de la base 36 d'une région en renfoncement formée dans l'autre bord non rectiligne situé en vis-à-vis, les bords latéraux 34 restent à proximité directe ou en contact de manière à contribuer à éviter des points froids localisés. Il n'est pas nécessaire que les parties sail- lantes possèdent une forme rectangulaire, et il est envi- sagé conformément à l'invention, comme représenté sur la figure 5, que deux sections detapis 40, 41 puissent compor- ter des bords non rectilignes comportant des parties sail- hantes 42 réalisées avec une forme en queue d'aronde, ce qui a pour effet que les deux sections peuvent être ver- rouillées entre elles de sorte que le bord 43, tourné vers l'extérieur, de chaque partie saillante est placé en contact avec un bord de base 44 entre les parties sail- lantes 43 de l'autre section detapis, située en vis-à-vis, ou peut être distant de ce bord de base, situé en vis-à- vis, en en étant séparé par une distance non supérieure à une distance minimale prédéterminée. La figure 6 représente une partie de l'agencement de fils de chauffage 50 situés dans les sections detapis adjacentes de la figure 4, et cette même caractéristique peut s'appliquer aux parties saillantes en queue d'aronde de la figure 5. Comme représenté sur la figure 6, les fils de chauffage 50 sont disposés de manière à s'étendre sur l'étendue en longueur d'un bord non linéaire respectif d'une manière telle que les fils eux-mêmes s'écartent d'une forme linéaire et comprennent des sections 51 qui sont situées dans les régions 52 des parties saillantes. Par conséquent, en fonctionnement, la structure de support (métallique) sous-jacente est plus susceptible de prélever de la chaleur uniformément à partir des sections detapis dans la région du joint entre les sections de tapis que dans le cas de sections de mat ayant des bords rectilignes et en rapport avec lesquelles les limitations du point de vue fabrication et conception, qui sont imposées à l'étroit rapprochement de positionnement d'un fil de chauffage par rapport à un bord d'une section de tapis créent un risque d'apparition de points froids localisés. En utilisant des bords profilés, il n'est plus nécessaire, en rapport avec des considérations relatives aux propriétés thermiques, de réduire la longueur de bord, située en vis-à-vis, de sections de tapis adjacentes, et de façon similaire, la préférence, qui y est liée, concernant une réduction du nombre des sections de tapis est supprimée. Ainsi il est possible d'utiliser un nombre plus important de sections de tapis sans que ceci se produise au détriment de la performance de dégivrage ou d'empêchement de la for- mation de givre ou de glace, et cela permet une plus grande souplesse dans la standardisation potentielle des formes de sections de tapis. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre la formation de glace, caractérisé en ce qu'il comprend un élément structurel (28,29) et un ensemble formant tapis pouvant être chauffé électriquement, fixé à cet élément structurel, l'ensemble formant tapis comprenant une pluralité de sections de tapis discrètes (13-17; 30,31) fixées individuellement à l'élément structurel, et chaque section de tapis comportant un élément chauffant étant fixée à l'aide d'un adhésif. 2. Dispositif de protection contre la formation de glace selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément structurel possède une forme complexe comprenant au moins en partie une zone de surface, qui est courbe, lorsqu'on la considère dans chacun d'au moins deux direc- tions réciproquement perpendiculaires, et une section de tapisdestinée à être installée sur ladite région de surface et constituée par un matériau préalablement mis en forme. 3. Dispositif de protection contre la formation de glace selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que des sections detapis (13-17; 30,31) sont profilées de telle sorte qu'une pluralité de sections de tapis corres- pondantes prémoulées possédant ce profil peuvent être empi- lées les unes sur les autres pour leur transport ou leur stockage. 4. Dispositif de protection contre la formation de glace selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des sections de tapis sont réunies par aboutement les unes aux autres ou sont séparées par une distance non supérieure à 2 mm. 5. Dispositif de protection contre la formation de glace selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une section de tapis (30,40) possède un bord ayant une forme non rectiligne, et qu'une section de tapisadjacente (31,41) possède un bord voisin, dont au moins une partie possède une forme non rectiligne complémentaire, chacun desdits bords non rectilignes comprenant des parties saillantes (32,42), et les parties saillantes d'un bord étant interdigitées avec les parties saillantes de l'autre bord. 6. Dispositif de protection contre la formation de glace selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites parties saillantes interdigitées (42) sont ver- rouillées entre elles. 7. Dispositif de protection contre la formation de glace selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'une section de tapis (30,31) comprend un élément chauffant (50) qui s'étend à l'intérieur d'une partie sail- lante (32). 8. Dispositif de protection contre la formation de glace selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des sections de tapis pré- sentant une intensité de chauffage supérieure au niveau de parties de son bord, qui sont voisines d'une autre section de tapis. 9. Dispositif de protection contre la formation de glace selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une combinaison d'éléments de dégivrage et d'éléments anti-givre, une limite entre des sections de tapis adjacentes étant disposée d'une manière alignée avec une limite entre lesdits éléments de dégivrage et lesdits éléments anti-givre. 10. Section de tapis (13-17) comportant un élément chauffant, pour un ensemble de protection contre la forma- tion de glace selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ladite section de tapiscomprenant un élément chauffant possède une zone de surface préalable- ment mise en forme, présentant une courbure complexe qui est adaptée à la forme d'une surface d'un élément structu- rel, auquel la section est fixée par adhérence. 11. Section de tapis (30,31;40,41) comportant un élément chauffant pour un dispositif de protection contre la formation de glace selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un bord non rectiligne possédant une série de parties saillantes5 (32,42) destinées à être interdigitées avec des parties saillantes correspondantes d'une autre section de tapis.