Brevet FR2893716A1 — publié le 20070525

Cette invention réclame le bénéfice de l'application provisoire américaine n 60/737 959 déposée le 18 novembre 2005. Le chauffage électrothermique est devenu un choix efficace pour les systèmes de dégivrage de surface portantes et de structures, en particulier quand on utilise des matériaux composites pour les surfaces portantes et/ou les structures à dégivrer. On peut utiliser un système de chauffage électrothermique dès l'instant où il existe une condition de givrage, y compris pour des applications telles que : surface portante de bords d'attaque des ailes, gouvernail, hélices, et lames de rotor d'hélicoptère ; entrées d'air de réacteur ; jambes ; aubes directrices ; carénages ; ascenseurs ; navires ; tours ; lames d'éoliennes ; et similaires, par exemple. Dans les systèmes de dégivrage électrothermiques, l'énergie thermique est typiquement appliquée à la surface de la surface portante ou à la surface de la structure par un élément chauffant métallique via une alimentation électrique fournie par l'aéronef ou par des générateurs d'application adéquats. Un exemple d'appareil de dégivrage électrothermique est représenté dans l'illustration transversale de la figure 1. L'appareil comprend une couche élément chauffant constituée de circuits conducteurs électriques 10 qui peut être configurée sous la forme de surfaces métalliques, de fils, d'un tissu conducteur, et similaires, par exemple disposés en un motif sur une surface 12 de la surface portante ou sur toute autre structure 14. Un système de dégivrage 20 contrôle la tension et l'intensité des circuits électriques de la couche 10 via une pluralité de conducteurs 16 pour protéger la surface 12 de l'accumulation de glace. Généralement, le motif conducteur de l'élément chauffant est mis en place sur ou sous le revêtement de la surface portante ou de la structure, ou incorporé dans le matériau composite lui-même. Un exemple de motif d'élément chauffant 10 est représenté dans l'illustration de la figure 2. Les motifs de systèmes de dégivrage électrothermiques de ce type ont tendance à donner une section efficace en radar plus grande que souhaité en réponse à une illumination radar. Cela devient un problème particulier quand de tels motifs de dégivrage par chauffage sont appliqués à des aéronefs militaires ou d'autres structures qui risquent d'être illuminés par des systèmes radars ennemis. Pour protéger un aéronef ou une structure contre le risque de devenir une cible, on souhaite garder la section efficace en radar de la structure aussi faible que possible. Par conséquent, les motifs métalliques/conducteurs des circuits de la couche élément chauffant 10 rendent les appareils de dégivrage électrothermiques actuels peu pratiques pour une utilisation sur des structures où l'atténuation radar est une préoccupation. Selon un aspect de la présente invention, une structure d'altération des signaux radar comprend : une structure, et au moins une couche de matériau conducteur disposé sur au moins une surface de la structure, la couche comprenant une pluralité de chemins conducteurs agencés selon un motif spéculaire pour réduire la section efficace en radar de la structure. Suivants des modes de réalisation particuliers, la structure comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : -les chemins conducteurs de la couche sont juxtaposés et isolés électriquement les uns des autres avec un chemin conducteur circonscrit par un autre s'étendant vers l'extérieur jusqu'à ce qu'un chemin conducteur extérieur de la pluralité achève le motif spéculaire général ; - chaque chemin conducteur comprend des parcours de ligne droite courte, en zigzag et présentant un angle, de sous-motifs répétitifs qui sont conçus pour fournir des lignes opposées perpendiculaires de réflectance de rayonnements électromagnétiques illuminateurs sous un angle souhaité en éloignement de leur source ; - les sous-motifs sont configurés pour créer des zones d'interférence 25 destructive pour les rayonnements électromagnétiques illuminateurs en provenance de la source ; - les chemins conducteurs de la couche sont juxtaposés et isolés électriquement les uns des autres, chaque chemin commençant d'un côté de la couche, courant d'avant en arrière et d'arrière en avant à travers la couche, formant 30 une pluralité de sous-motifs à plusieurs côtés l'un dans l'autre, et finissant de l'autre côté de la couche pour former le motif général ; - les chemins conducteurs de la couche sont des chemins de lignes ondulées configurées pour réfléchir les rayonnements électromagnétiques illuminateurs en éloignement de leur source ; - une source d'énergie couplée à la pluralité de chemins conducteurs, ladite `> source d'énergie étant destinée à électrifier les chemins conducteurs ; - une source d'énergie couplée à la pluralité de chemins conducteurs, ladite source d'énergie étant destinée à électrifier sélectivement les chemins conducteurs ; - la structure comprend un matériau composite non-métallique ; et dans laquelle la au moins une couche de matériau conducteur est incorporée dans ledit 10 matériau composite non-métallique ; - le motif des chemins conducteurs est formé par l'un des éléments du groupe constitué de fils métalliques, d'une feuille gravée et d'un tissu recouvert de métal. Selon un autre aspect de la présente invention, un appareil de dégivrage électrothermique ayant des propriétés d'altération des signaux radar comprend : un 15 élément chauffant comprenant au moins une couche de matériau conducteur qui peut être disposée sur au moins une surface d'une structure pour dégivrer la surface, la couche comprenant une pluralité de chemins conducteurs agencés selon un motif spéculaire pour réduire la section efficace en radar de la structure, et une unité de contrôle couplée à l'élément chauffant pour contrôler l'énergie de chauffage qui y est 20 appliquée pour dégivrer la surface. Suivants des modes de réalisation particuliers, l'appareil de dégivrage comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : -les chemins conducteurs de l'élément chauffant sont juxtaposés et isolés électriquement les uns des autres avec un chemin conducteur circonscrit par un autre 25 s'étendant vers l'extérieur jusqu'à ce qu'un chemin conducteur extérieur de la pluralité achève le motif spéculaire général ; - chaque chemin conducteur comprend des parcours de ligne droite courte, en zigzag et présentant un angle, de sous-motifs répétitifs qui sont conçus pour fournir des lignes opposées perpendiculaires de réflectance de rayonnements 30 électromagnétiques illuminateurs sous un angle souhaité en éloignement de leur source ; - les sous-motifs sont configurés pour créer des zones d'interférence destructive pour les rayonnements électromagnétiques illuminateurs en provenance de la source ; - les chemins conducteurs de l'élément chauffant sont juxtaposés et isolés électriquement les uns des autres, chaque chemin commençant d'un côté de l'élément, courant d'avant en arrière et d'arrière en avant à travers l'élément, formant une pluralité de sous-motifs à plusieurs côtés l'un dans l'autre, et finissant de l'autre côté de l'élément pour former le motif général ; - les chemins conducteurs de la couche sont des chemins de lignes ondulées 10 configurées pour réfléchir les rayonnements électromagnétiques illuminateurs en éloignement de leur source ; - la au moins une couche de matériau conducteur de l'élément chauffant peut être incorporée dans un matériau de surface composite non-métallique ; - le motif des chemins conducteurs est formé par l'un des éléments du groupe 15 constitué de fils métalliques, d'une feuille gravée et d'un tissu recouvert de métal. Selon encore un autre aspect de la présente invention, un appareil pour créer différentes signatures radar d'une structure vis-à-vis une source de rayonnements électromagnétiques illuminateurs comprend : au moins une couche de matériau conducteur qui peut être disposée sur au moins une surface d'une structure, la couche 20 comprenant une pluralité de chemins conducteurs agencés selon un motif spéculaire pour réduire la section efficace en radar de la structure, et une unité de commutation couplée à la couche de matériau conducteur pour y appliquer sélectivement une énergie électrique pour créer différentes signatures radar de la structure vis-à-vis d'une source de rayonnements électromagnétiques illuminateurs. 25 En particulier, la couche de matériau conducteur est contrôlée pour répondre d'une façon aux rayonnements électromagnétiques illuminateurs quand l'énergie électrique est appliquée, et d'une autre façon quand l'application d'énergie électrique est interrompue. La figure 1 est une illustration schématique en coupe d'un exemple d'appareil 30 de dégivrage électrothermique. La figure 2 est une illustration d'un exemple de motif d'élément chauffant actuellement envisagé pour une utilisation dans un appareil de dégivrage électrothermique. Les figures 3 à 8 sont des exemples de motifs conducteurs spéculaires 1 à 6 respectivement, convenant pour matérialiser les grands principes de la présente invention. La figure 9 est une illustration schématique en coupe d'un appareil de commutation pour une structure d'altération de signaux radar adapté pour matérialiser un autre aspect de la présente invention. Pour des applications militaires, il est bien connu que des structures telles que des surfaces d'aéronefs, par exemple, sont conçues pour opérer furtivement par rapport à l'illumination radar. Cependant, quand un élément chauffant électrothermique avec des motifs de circuit tels que ceux illustrés en exemple sur la figure 2 sont appliqués à la surface de telles structures, les motifs de circuit de l'élément chauffant altèrent la section efficace en radar de la structure, ce qui rend la structure plus vulnérable à l'illumination radar. Notez que le dessin du motif de circuit de la figure 2 comprend des chemins de circuit conducteur qui sont essentiellement transversaux par rapport à l'illumination radar T issue d'une source ponctuelle radar monostatique située à l'avant, à l'arrière ou sur le côté. Par conséquent, les chemins de circuit de tels motifs créent d'intenses ondes électromagnétiques réfléchies directement en retour vers la source radar ponctuelle pour amplifier la section efficace radar de la structure. Les modes de réalisation de la présente invention altérant la section efficace radar qui seront décrits plus en détail ci-dessous impliquent la modification et l'amélioration des caractéristiques spéculaires pour les propriétés électromagnétiques des éléments chauffants électrothermiques pour fournir des pertes d'énergie magnétique et électrique supplémentaires dues à des mécanismes de réflexion et d'interférence. Dans les présents modes de réalisation, cette perte d'énergie est conçue pour survenir quand une onde électromagnétique d'énergie est appliquée par une source radar à une fréquence souhaitée d'utilisation (MHz ou GHz) ou sur une large gamme pour maximiser l'absorption d'énergie électromagnétique par des conducteurs normaux ou modifiés de l'élément chauffant et pour amortir les signaux radars renvoyés alors vers la source radar. Notez que les éléments chauffants via des chemins conducteurs 16 sont électrifiés par le système de dégivrage 20 comme illustré sur la figure 1. Des conceptions de motifs spéculaires 1 à 6 des divers modes de réalisation des chemins conducteurs de l'élément chauffant 10 sont illustrées au moyen d'exemples sur les figures 3 à 8, respectivement. De préférence, on peut utiliser un fil rond pour les chemins conducteurs en raison de ses propriétés réflexives inhérentes pour réduire les retours d'illumination issue d'une source radar ponctuelle monostatique. Toutefois, on comprendra que les chemins conducteurs des différents motifs d'éléments chauffants peuvent être des feuilles gravées, un tissu recouvert de métal, et similaires sans s'écarter des grands principes de la présente invention. De même, l'application préférée des motifs d'éléments chauffants est l'intégration dans des structures composites non-métalliques. Cependant, appliquer les motifs d'éléments chauffants sur ou sous des surfaces métalliques ou non-métalliques d'une structure aura tout autant pour effet d'en faire une structure d'altération des signaux radar. Chacun des motifs spéculaires 1 à 6 comprend six (6) chemins conducteurs avec un conducteur d'alimentation et un conducteur de retour pour chaque chemin, ce qui donne douze (12) conducteurs de connexion pour chaque motif. Les conducteurs de connexion pour chaque motif spéculaire 1 à 6 se trouvent sur les figures 3 à 8 en 16a-16f, respectivement. Les chemins conducteurs de chacun des motifs spéculaires 1 à 4 et 6 débutent et finissent dans la même région. Par exemple, les deux conducteurs extérieurs de 16a sur la figure 3 sont les fils connecteurs d'alimentation et de retour d'un chemin conducteur, et les deux conducteurs extérieurs suivants qui partent vers l'intérieur sont les connecteurs d'alimentation et de retour d'un autre chemin conducteur, etc. Dans chaque motif spéculaire 1 à 4 et 6, les chemins conducteurs sont juxtaposés et isolés électriquement les uns des autres avec un chemin conducteur circonscrit par un autre qui s'étend vers l'extérieur jusqu'à ce qu'un chemin conducteur extérieur final achève le motif général. Le motif spéculaire 5 de la figure 7 est légèrement différent des autres ayant des chemins conducteurs qui sont juxtaposés et isolés les uns des autres, excepté que les chemins conducteurs ne sont pas circonscrits les uns par les autres. Au lieu de cela, chaque chemin conducteur débute à une extrémité du motif spéculaire et court d'avant en arrière et d'arrière en avant, formant une pluralité de sous-motifs à trois côtés l'un dans l'autre qui s'étendent à travers le motif général. Par conséquent, les chemins conducteurs se terminent à l'autre extrémité du motif spéculaire 5. Les chemins conducteurs des motifs spéculaires 1 à 4 et 6 comprennent des parcours de ligne droite courte en zigzags et présentant un angle, de sous-motifs répétitifs qui sont conçus pour fournir des lignes opposées perpendiculaires de réflectance électromagnétique à un angle de quarante-cinq degrés (45 ) par rapport à la ligne de vue d'une source radar ponctuelle monostatique, ce qui crée des zones d'interférence destructive depuis n'importe quelle onde électromagnétique non absorbée. Le motif spéculaire 5 est différent des autres, comme il a été noté plus haut, et comprend de plus grands sous-motifs faits de parcours plus longs de chemins conducteurs qui constituent des chemins de lignes ondulées et non pas des chemins de lignes droites comme dans les motifs spéculaires 1 à 4 et 6. Nonobstant la différence du motif spéculaire 5, chacun des motifs spéculaires 1 à 6 fonctionne pour réfléchir les ondes électromagnétiques en les éloignant de leur source ou pour créer une interférence destructive entre les ondes électromagnétiques. Dans l'un et l'autre cas, les ondes électromagnétiques renvoyées à la source radar depuis la structure sont altérées d'une manière qui réduit la section efficace en radar de la structure. Alors que les motifs spéculaires de chemins conducteurs ont été décrits ci-dessus comme élément chauffant électrothermique comme illustré sur la figure 1, on comprendra que c'est simplement une application possible. En général, chacun des différents motifs de chemins conducteurs tels qu'illustré à titre d'exemple sur les figures 3 à 8 est destiné à altérer la surface transversale efficace en radar de la structure à laquelle elle est appliquée. En d'autres termes, les motifs spéculaires de chemins conducteurs peuvent être appliqués à une structure et utilisés comme agents de furtivité pour masquer la structure au radar ennemi, c'est-à-dire la rendre sensiblement transparente au radar. Par exemple, un motif choisi de chemins conducteurs peut être intégré dans un matériau composite pour former un revêtement pour la structure, comme par exemple une surface portante d'un avion. Avec l'addition du motif de chemins conducteurs, la structure devient une structure d'altération des signaux radar (RAS), de sorte que la surface transversale efficace en radar de la structure s'en trouve sensiblement réduite. On comprend en outre que le même motif de chemins conducteurs n'a pas besoin d'être appliqué à l'intégralité de la structure. Par exemple, on peut souhaiter qu'un motif soit appliqué sur la face supérieure d'une surface portante et qu'un motif différent soit appliqué sur sa face inférieure. Sinon, un motif peut être appliqué sur la surface avant de la surface portante tandis qu'un autre motif est appliqué sur sa surface arrière. On peut même appliquer différents motifs spéculaires dans une pluralité de couches sur la structure. Par conséquent, faire de la structure une structure d'altération des signaux radar peut impliquer d'appliquer un ou plusieurs motifs de chemins conducteurs à des portions respectives de la structure et d'en électrifier les chemins conducteurs. De plus, une fois appliqué à la structure, le motif de chemins conducteurs peut être contrôlé pour créer des signatures radar spéciales de la structure vis-à-vis 1.5 des radars qui l'illuminent. Par exemple, les chemins conducteurs 16 du motif 10 peuvent être couplés à un système de commutation RAS 30 comme indiqué sur l'illustration schématique de la figure 9 et mis en action comme une antenne spéciale pour radars qui l'illuminent. En se référant à la figure 9, le système 30 peut servir à connecter et déconnecter les chemins conducteurs à une source de tension ou à la 20 terre, par exemple. Par conséquent, quand ils sont connectés, les chemins conducteurs 16 deviennent des circuits fermés et rendent la structure transparente aux radars qui l'illuminent, et quand ils sont déconnectés, les chemins conducteurs 16 deviennent des circuits ouverts et flottants, c'est-à-dire non reliés à la terre, et rendent la structure apparente aux radars. Par conséquent, le motif de chemins 25 conducteurs peut être contrôlé en fermant et ouvrant ses circuits pour répondre différemment aux signaux radars qui l'illuminent, et éventuellement, envoyer de faux signaux de retour radar afin d'induire l'ennemi en erreur. Bien que la présente invention ait été décrite ci-dessus en association avec un ou plusieurs modes de réalisation, on comprendra qu'une telle présentation est 30 simplement un exemple sans intention de limitation de la présente invention de quelque façon que ce soit par un quelconque mode de réalisation. Au contraire, la présente invention doit être interprétée dans la plus large mesure selon l'énoncé des revendications jointes. REVENDICATIONS 1. Structure d'altération des signaux radar comprenant : une structure, et au moins une couche de matériau conducteur disposé sur au moins une surface de ladite structure, ladite couche comprenant une pluralité de chemins conducteurs (16) agencés selon un motif spéculaire (1 à 6) pour réduire la section efficace en radar de ladite structure. 2. Structure d'altération des signaux radar selon la revendication 1 dans laquelle les chemins conducteurs (16) de la couche sont juxtaposés et isolés électriquement les 10 uns des autres avec un chemin conducteur circonscrit par un autre s'étendant vers l'extérieur jusqu'à ce qu'un chemin conducteur extérieur de la pluralité achève le motif spéculaire général (1 à 6). 3. Structure d'altération des signaux radar selon la revendication 2 dans laquelle 15 chaque chemin conducteur (16) comprend des parcours de ligne droite courte, en zigzag et présentant un angle, de sous-motifs répétitifs qui sont conçus pour fournir des lignes opposées perpendiculaires de réflectance de rayonnements électromagnétiques illuminateurs sous un angle souhaité en éloignement de leur source. 20 4. Structure d'altération des signaux radar selon la revendication 3 dans laquelle les sous-motifs sont configurés pour créer des zones d'interférence destructive pour les rayonnements électromagnétiques illuminateurs en provenance de la source. 25 5. Structure d'altération des signaux radar selon la revendication 1 dans laquelle les chemins conducteurs (16) de la couche sont juxtaposés et isolés électriquement les uns des autres, chaque chemin commençant d'un côté de la couche, courant d'avant en arrière et d'arrière en avant à travers la couche, formant une pluralité de sous-motifs à plusieurs côtés l'un dans l'autre, et finissant de l'autre côté de la couche 30 pour former le motif général. 6. Structure d'altération des signaux radar selon la revendication 5 dans laquelle les chemins conducteurs (16) de la couche sont des chemins de lignes ondulées configurées pour réfléchir les rayonnements électromagnétiques illuminateurs en éloignement de leur source. 7. Structure d'altération des signaux radar selon la revendication 1 incluant une source d'énergie couplée à la pluralité de chemins conducteurs (16), ladite source d'énergie étant destinée à électrifier les chemins conducteurs (16). 8. Structure d'altération des signaux radar selon la revendication 1 incluant une source d'énergie couplée à la pluralité de chemins conducteurs (16), ladite source d'énergie étant destinée à électrifier sélectivement les chemins conducteurs (16). 15 9. Structure d'altération des signaux radar selon la revendication 1 dans laquelle la structure comprend un matériau composite non- métallique ; et dans laquelle la au moins une couche de matériau conducteur est incorporée dans ledit matériau composite non-métallique. 20 10. Structure d'altération des signaux radar selon la revendication 1 dans laquelle le motif des chemins conducteurs (16) est formé par l'un des éléments du groupe constitué de fils métalliques, d'une feuille gravée et d'un tissu recouvert de métal. 11. Appareil de dégivrage électrothermique ayant des propriétés d'altération des 2.5 signaux radar, ledit appareil comprenant : un élément chauffant comprenant au moins une couche de matériau conducteur qui peut être disposée sur au moins une surface d'une structure pour dégivrer ladite surface, ladite couche comprenant une pluralité de chemins conducteurs (16) agencés selon un motif spéculaire (1 à 6) pour réduire la section efficace en radar de ladite 30 structure ; et une unité de contrôle couplée audit élément chauffant pour contrôler l'énergie de chauffage qui y est appliquée pour dégivrer ladite surface.10 12. Appareil selon la revendication 11 dans laquelle les chemins conducteurs (16) de l'élément chauffant sont juxtaposés et isolés électriquement les uns des autres avec un chemin conducteur circonscrit par un autre s'étendant vers l'extérieur jusqu'à ce qu'un chemin conducteur extérieur de la pluralité achève le motif spéculaire général (1 à 6). 13. Appareil selon la revendication 12 dans lequel chaque chemin conducteur comprend des parcours de ligne droite courte, en zigzag et présentant un angle, de sous-motifs répétitifs qui sont conçus pour fournir des lignes opposées perpendiculaires de réflectance de rayonnements électromagnétiques illuminateurs sous un angle souhaité en éloignement de leur source. 14. Appareil selon la revendication 13 dans lequel les sous-motifs sont configurés pour créer des zones d'interférence destructive pour les rayonnements électromagnétiques illuminateurs en provenance de la source. 15. Appareil selon la revendication 11 dans lequel les chemins conducteurs (16) de l'élément chauffant sont juxtaposés et isolés électriquement les uns des autres, chaque chemin commençant d'un côté de l'élément, courant d'avant en arrière et d'arrière en avant à travers l'élément, formant une pluralité de sous-motifs à plusieurs côtés l'un dans l'autre, et finissant de l'autre côté de l'élément pour former le motif général. 16. Appareil selon la revendication 15 dans lequel les chemins conducteurs (16) de la couche sont des chemins de lignes ondulées configurées pour réfléchir les rayonnements électromagnétiques illuminateurs en éloignement de leur source. 17. Appareil selon la revendication 11 dans lequel la au moins une couche de 30 matériau conducteur de l'élément chauffant peut être incorporée dans un matériau de surface composite non-métallique. 13 18. Appareil selon la revendication 11 dans lequel le motif des chemins conducteurs (16) est formé par l'un des éléments du groupe constitué de fils métalliques, d'une feuille gravée et d'un tissu recouvert de métal. 19. Appareil pour créer différentes signatures radars d'une structure vis-à-vis d'une source de rayonnements électromagnétiques illuminateurs, ledit appareil comprenant : au moins une couche de matériau conducteur disposé sur au moins une surface d'une structure, ladite couche comprenant une pluralité de chemins conducteurs (16) agencés selon un motif spéculaire (1 à 6) pour réduire la section efficace en radar de ladite structure, et une unité de commutation couplée à ladite couche de matériau conducteur pour y appliquer sélectivement une énergie électrique pour créer différentes signatures radar de la structure vis-à-vis d'une source de rayonnements électromagnétiques illuminateurs. 20. Appareil selon la revendication 19 dans lequel ladite couche de matériau conducteur est contrôlée pour répondre d'une façon aux rayonnements électromagnétiques illuminateurs quand l'énergie électrique est appliquée, et d'une autre façon quand l'application d'énergie électrique est interrompue.