Brevet FR2910357A1 — publié le 20080627

Dispositif de nettoyage de parois internes d'un conduit véhiculant un fluide porteur d'impuretés Le domaine de l'invention est celui du nettoyage de parois internes d'un conduit véhiculant un fluide porteur d'impuretés. L'invention présente un intérêt particulier pour des conduits d'entrée d'air de sondes de pression statique embarquées sur des aéronefs. Lorsqu'un fluide porteur d'impuretés circule dans un conduit, il arrive que certaines impuretés se déposent sur des parois internes du conduit. Avec le temps, les impuretés déposées créent des amas d'impuretés qui se fixent aux parois internes et qui peuvent perturber la circulation du fluide dans le conduit par ùne modification de sa géométrie. Ces dépôts d'impuretés et ces formatiôns d'amas se rencontrent assez fréquemment lorsque le débit de fluide dans le conduit n'est pas suffisant pour déplacer des impuretés déposées. Les dépôts sont causés soit par une adhésion d'impuretés aux parois internes de conduits soit par des accumulations d'impuretés liées à des micro-turbulences, dans des zones de calme du lit fluide. Cette situation est particulièrement gênante lorsque l'écoulement du fluide circulant dans le conduit sert à réaliser une mesure, c'est le cas par exemple pour des conduits d'entrée d'air de sonde de pression statiques : Ces sondes servent à réaliser une mesure d'altitude à bord d'aéronef, leur bon fonctionnement est particulièrement critique pour le pilotage des aéronefs. Une modification même légère de la géométrie à l'entrée du conduit peut induire des erreurs de mesure de pression statique. En cas d'obstruction partielle des conduits d'entrée d'air d'une telle sonde, c'est le temps de réponse de la sonde qui est affecté, en cas d'obstruction totale, la mesure statique elle-même est faussée. On connaît aujourd'hui des dispositifs pour éliminer les dépôts et les amas d'impureté formés sur les parois'internes des conduits : des orifices d'évacuation disposés sur les parois du conduit constituent une première solution pouvant être qualifiée de passive car c'est la gravité ou une circulation d'un fluide au travers du conduit qui contribue à drainer les impuretés vers ces orifices d'évacuation. 2910357 2 Un curetage mécanique des parois internes du conduit constitue une deuxième solution pour éliminer des impuretés qui obstruent partiellement ou totalement le conduit. , On connaît aussi des dispositifs de nettoyage par ultrasons dans 5 un bain liquide, et des dispositifs d'auto-nettoyage vibratoire, qui sont par exemple utilisés dans des injecteurs de carburant : ces dispositifs sont fondés sur un principe identique : un déplacement des impuretés qui est obtenu par une mise en vibration du fluide environnant, la mise en vibration étant réalisée par des actionneurs électromécaniques, en général piézo-électriques, disposés sur la surface de la paroi à nettoyer. Des orifices d'évacuation placés dans le conduit vers lesquels les impuretés peuvent être drainées permettent essentiellement d'évacuer certaines impuretés, à conditions que celles-ci soient décrochées des parois 15 du conduit, or certaines impuretés adhèrent étroitement aux parois internes et ne se décrochent pas ni spontanément ni sous l'effet de la gravité ou d'un faible débit de fluide. Un curetage mécanique présente l'intérêt de combiner une phase de décrochage des impuretés et une phase d'évacuation des impuretés, 20 toutefois il présente un double inconvénient : - il requiert le plus souvent un démontage du conduit qui peut être très pénalisant surtout s'il est fréquent, c'est le cas en particulier pour des sondes de pression statiques qui sont placées sur des aéronefs ; - la fonction liée à la circulation du fluide est indisponible pendant 25 la réalisation du curetage. Enfin, des dispositifs de nettoyage actifs requièrent un débit de fluide dans le conduit ce qui n'est pas le cas pour des conduits tels que les conduits d'air pour sonde de pression statique. 30 Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de nettoyage des parois internes d'un conduit principal, le conduit principal véhiculant un fluide porteur d'impuretés, les impuretés se déposant sur les parois internes du conduit principal, le fluide ayant un débit insuffisant dans le conduit principal 2910357 3 pour déplacer les impuretés déposées, le conduit principal ayant un axe suivant une direction Z, caractérisé en ce qu'il comporte : - un conduit secondaire placé _à l'intérieur du conduit, le conduit secondaire véhicule le fluide porteur d'impuretés qui se déposent sur des 5 parois internes du conduit secondaire, le conduit secondaire est mobile par rapport au conduit principal, le conduit secondaire a un axe suivant la direction Z ; - un premier dispositif de déplacement qui déplace le conduit secondaire par rapport au conduit principal, suivant la direction Z; 10 Le dispositif de nettoyage selon l'invention présente l'avantage d'être adaptable à une géométrie de sondes en service, ce qui facilite des opérations de rétrofit, c'est à dire facilite l'équipement des sondes en services par un dispositif de nettoyage selon l'invention. Un deuxième avantage du dispositif selon l'invention est d'être 15 économe en énergie : sa mise en oeuvre requiert uniquement un dispositif de déplacement pour produire un déplacement du conduit secondaire par rapport au conduit principal. Un troisième avantage du dispositif selon l'invention est d'être peu coûteux et de mettre en oeuvre une technologie simple : celle des 20 actionneurs électromécaniques (piézo-électrique ou magnéto-électriques) engendrant un déplacement de faible amplitude à basse fréquence. Un quatrième avantage du dispositif selon l'invention, lorsqu'il est intégré à un conduit d'entrée d'air d'un capteur de pression équipant un aéronef est de pouvoir fonctionner en continu, y compris pendant que la 25 sonde de pression statique fonctionnement. Cette propriété permet au dispositif de nettoyage selon l'invention d'empêcher une accumulation d'impuretés, de poussières, d'au ou de glace en cours de fonctionnement de l'aéronef. Un cinquième avantage du dispositif selon l'invention, réside dans 30 l'intégration des solutions à deux problèmes complémentaires qu'il propose : - le décollage d'impuretés déposées sur des parois internes par mise en vibration pouvant être haute fréquence ; -l'évacuation des impuretés décollées hors du conduit. Enfin, un dernier avantage du dispositif selon l'invention tient dans 35 sa capacité à être auto-testable, cette faculté est une propriété très 2910357 4 recherchée dans le domaine de l'aéronautique embarquée car elle permet de remplacer un équipement très rapidement après qu'il a eu une défaillance. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 5 à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : • la figure 1 représente, en vue de coupe transverse, une entrée d'air d'une sonde de pression statique Ps; • la figure 2 représente, en vue de coupe transverse, une entrée d'air d'une sonde de pression statique Ps comportant un dispositif de nettoyage selon l'invention ; • la figure 3 représente, en vue perspective un premier mode de réalisation d'un conduit secondaire d'un dispositif de nettoyage selon l'invention ; • la figure 4 représente, en vue perspective un deuxième mode de réalisation d'un conduit secondaire d'un dispositif de nettoyage selon l'invention ; • la figure 5 représente, -en vue perspective un troisième mode de réalisation d'un conduit secondaire d'un dispositif de nettoyage selon l'invention ; D'une figure à l'autre, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références. Avantageusement, le conduit principal est un conduit d'entrée d'air 25 de sonde de pression statique. Le pilotage de tout aéronef nécessite de connaître sa vitesse relative par rapport à l'air, c'est à dire par rapport au vent relatif. Cette vitesse est déterminée à l'aide de capteurs de la pression statique Ps, de la pression totale Pt, de l'angle d'incidence a, de- l'angle de dérapage I3. a et 13 30 fournissent la direction du vecteur vitesse dans un système de référence lié à l'aéronef, et (Pt-Ps) fournit le module de ce vecteur vitesse. Les différents capteurs de pression statique, de pression totale et d'incidence peuvent être regroupés dans une sonde dite multifonction. Cette sonde, par exemple celle décrite dans le brevet français FR 2 665 539 ne permet toutefois pas de mesurer la pression statique Ps à l'endroit ou elle est 10 15 20 2910357 5 située. En effet, l'écoulement d'air est perturbé par la forme extérieure de l'aéronef. Pour déterminer la pression statique infini amont Ps il est nécessaire d'utiliser plusieurs sondes, en général deux, positionnées à des endroits précis de la peau de l'aéronef, par exemple de façon symétrique par 5 rapport à un plan vertical de symétrie de l'aéronef. Ces deux sondes forment une voie de mesure. La figure 1 représente, en vué de coupe transverse, une entrée d'air d'une sonde de pression statique Ps. L'objet de l'entrée d'air de la ~o sonde est d'amener à un capteur de pression, non représenté sur la figure, une pression d'air qui n'est pas perturbé par le mouvement de l'aéronef. Il n'y a un flux que lorsque la pression varie. Classiquement, l'entrée d'air d'une sonde de pression statique équipant un aéronef comporte : 15 - un module d'interface mécanique 100 dont la surface extérieure prolonge la surface de peau de l'aéronef 101; - un conduit principal 5, inséré dans le module 100, le flux d'air non perturbé chemine entre des parois internes 1, du conduit principal 5, qui est prolongé par un conduit auxiliaire, 6 pour amener l'air jusqu'au capteur de 20 pression, les parois internes 1, ont des dimensions et une forme qui sont adaptées pour perturber au minimum un écoulement du flux d'air entrant dans le conduit principal 5. Le conduit principal 5 a un axe suivant une direction Z; En général, l'axe du conduit principal 5, possède une orientation 25 qui favorise l'évacuation d'impuretés susceptibles de se fixer à ses parois internes 1. Par exemple lorsque le conduit principal 5, a une forme de cylindre, le cylindre a un axe qui est dirigé vers une partie inférieure de l'aéronef. Toutefois l'orientation du conduit principal n'est pas suffisante pour évacuer toutes les impuretés pouvant se déposer sur les parois internes 1, 30 du conduit principal 5. La figure 2 représente en vue de coupe transverse, une entrée d'air d'une sonde de pression statique Ps comportant un dispositif de nettoyage selon l'invention. La sonde de pression statique équipe, par 2910357 6 exemple, le même aéronef que celui évoqué dans la figure 1. Dans ce cas, l'entrée d'air d'une sonde de pression statique comporte : - un module d'interface mécanique 100' dont la surface extérieure prolonge la surface de peau de l'aéronef, 101 ; 5 -un conduit principal 5', inséré dans le module 100'. Le conduit principal 10', a un axe suivant une direction Z ; - le dispositif de nettoyage selon l'invention qui se loge dans le conduit principal 10'. Le dispositif de nettoyage selon l'invention comporte : 10 - un conduit secondaire 10, qui possède une forme externe lui permettant de se loger dans le conduit principal 5', et une forme interne similaire à celles des parois internes d'un conduit principal 5' selon l'art antérieur. Le conduit secondaire 10, est mobile par rapport au conduit principal 5', le conduit secondaire 10 a un axe identique à celui du conduit 15 principal 5'. Le conduit secondaire 10 est prolongé par un conduit auxiliaire, 6 pour amener l'air jusqu'au capteur de pression. - un dispositif principal de déplacement 20, qui déplace le conduit secondaire 10 par rapport au conduit principal 5', suivant la direction Z; 20 Un premier mode de réalisation 'd'un conduit secondaire 10, est représenté sur la figure 3. Dans ce premier mode de réalisation, le conduit secondaire 10, est monolithique et ses parois internes ont sensiblement une forme de cylindre. Le déplacement imprimé par le dispositif principal de déplacement 25 20 au conduit secondaire 10, produit un phénomène connu sous le nom de bol vibrant qui consiste en une misè en vibration d'un support rigide provoquant un mouvement mono-directionnel, par bonds successifs, de pièces posées sur ce support. Ce phénomène est couramment employé pour convoyer et trier des pièces de petites dimensions. 30 Selon l'invention, le mouvement d'ensemble du conduit secondaire 10, est temporellement asymétrique et temporellement périodique, par exemple le mouvement' est une succession d'un double mouvement : une translation suivant un sens aller suivie d'une translation suivant un sens retour , la translation suivant le sens retour ayant une 35 durée plus courte que celle de la translation suivant le sens aller . 2910357 7 L'asymétrie temporelle du mouvement d'ensemble fait que les pièces, ici les impuretés déposées sur les parois internes du conduit secondaire 10, ont une limite d'adhérence qui est franchie plus rapidement sur un mouvement de translation que sur l'autre : pendant le mouvement de 5 translation suivant le sens aller , l'impureté suit le mouvement du conduit secondaire 10, pendant le mouvement de translation suivant le sens retour , l'impureté glisse sur les parois internes du conduit secondaire 10, et se déplace par rapport à celui-ci en faisant un bond. Des bonds successifs provoquent un déplacement pseudo-continu des impuretés dans la direction 10 de la translation et dans le sens de la du mouvement de translation suivant le sens aller . Avantageusement, le premier dispositif de déplacement déplace le conduit secondaire 10, suivant un mouvement d'ensemble qui est temporellement périodique et temporellement asymétrique. 15 Avantageusement, le dispositif principal de déplacement 10, comporte : un actionneur 25, qui est en appui sur le conduit principal 5', et qui est solidaire du conduit secondaire 10, l'actionneur 25, déplace le conduit secondaire 10, par rapport au conduit principal 5', conformément à une 20 commande de déplacement ; - un dispositif de commande, ; 30 délivrant la commande de déplacement à l'actionneur 25. Avantageusement, le dispositif de commande 30, délivre à l'actionneur 25, une commande de déplacement qui a une forme temporelle 25 en dent de scie . Par exemple, la commande de déplacement produit un déplacement d'ensemble d'amplitude égale à 0.1 millimètres à une fréquence temporelle de 1 kilo-Hertz et un facteur d'asymétrie de 10%, c'est à dire que la durée du mouvement de translation aller est égale à 9 fois la 30 durée le mouvement de translation retour . Avantageusement, le dispositif de commande 30, délivre à l'actionneur 25, une commande de déplacement qui a une fréquence inférieure à 100 kilo-Hertz. Avantageusement, le dispositif principal de déplacement 20, est 35 un composant électromécanique. 2910357 8 En particulier, les dispositifs piézo-électriques sont auto-testables par une mesure de leur impédance. Avantageusement, le dispositif principal de déplacement 20, est un composant électromagnétique. 5 Avantageusement, le conduit principal 5', et le conduit secondaire 20, ont des parois internes 1, 9, formant des cylindres. Le mouvement d'ensemble du conduit secondaire 10, a pour intérêt principal de contribuer à évacuer les impuretés déposées sur des parois internes 9, du conduit secondaire 10, vers une des extrémités du 10 conduit secondaire 10. Toutefois, toutes les impuretés déposées sur les parois internes 9, ne sont pas décollées par le mouvement d'ensemble du conduit secondaire 10: Il est nécessaire de prévoir un mouvement complémentaire du conduit secondaire 10, pour décoller des dépôts qui se sont formés à la surface de ses parois internes. 15 On peut combiner le mouvement d'ensemble à un mouvement complémentaire qui est périodique et asymétrique avec une fréquence supérieure à celle du mouvement d'ensemble pour décoller ces impuretés. Cette combinaison peut être réalisée par exemple en faisant délivrer à l'actionneur 25, une commande de déplacement qui comporte une somme 20 de la commande principale de déplacement précédemment décrite et d'une commande complémentaire de déplacement qui est périodique, asymétrique et à haute fréquence, par exemple de l'ordre de 500 kilo-Hertz. Toutefois, le décollage par vibration haute fréquence de dépôts particulièrement adhésifs et volumineux qui se sont formés entre deux 25 utilisations du dispositif de nettoyage selon l'invention, comme des dépôts produits par des insectes, peut s'avérer difficile en raison de la résistance au décollage que ces dépôts présentent. Des solutions existent pour résôudre ce problème particulier : elles consistent réaliser un mouvement de cisaillement entre des parties des 30 parois internes du conduit secondaire 10, disposées en dents de peigne imbriquées les unes dans les autres et mobiles entre elles. On cherche par ce moyen à disloquer les impuretés qui se sont agglutinées sur cette paroi interne: 2910357 9 Ces solutions alternatives prennent la forme des modes de réalisation particulier du conduit secondaire 10 qui sont présentés sur les figures 4 et 5. Avantageusement, le conduit secondaire comporte : 5 - au moins deux armatures coopérantes 40, 45, qui sont mobiles les unes par rapport aux autres ; - un dispositif secondaire de déplacement qui réalise un mouvement relatif d'une armature coopérante 40, 45 par rapport à l'autre, à une fréquence F. 10 La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation du conduit secondaire d'un dispositif de nettoyage selon l'invention permettant un mouvement de cisaillement suivant la direction Z du conduit secondaire 10. 15 Avantageusement, le conduit secondaire 10, comporte une première armature 40, et une deuxième armature 45, qui comprennent chacune des créneaux, les créneaux de la première armature 40, coopérant avec les créneaux de la deuxième armature 45, et en ce que le déplacement des armatures 40, 45 suit la direction Z. 20 Avantageusement, le dispositif secondaire de déplacement déplace la première armature 40 et la deuxième armature 45 suivant des mouvements individuels périodiques de fréquence F0, les mouvements individuels sont déphasés entre eux de it radians. Avantageusement, le dispositif secondaire de déplacement 25 déplace la première armature 40 et la deuxième armature 45 suivant deux mouvements individuels périodiques de fréquence respective F1 et F2. Avantageusement, le dispositif secondaire de déplacement est un composant électromécanique. Avantageusement, le dispositif secondaire de déplacement est un 30 composant électromagnétique. La figure 5 représente un troisième mode de réalisation du conduit secondaire d'un dispositif de nettoyage selon l'invention : il est le mode de réalisation préférentiel. Avantageusement, le conduit secondaire comporte une première 35 armature 40, et une deuxième armature 45, qui comprennent chacune des 2910357 10 anneaux, les anneaux de la première armature 40, coopérant avec les anneaux de la deuxième armature 45, et en ce que le déplacement des armatures coopérantes 40, 45, est dans un plan normal à la direction Z. Dans ce troisième mode de réalisation de conduit secondaire, le 5 mouvement relatif des deux armatures a lieu dans un plan normal à la direction d'écoulement du fluide, il est le mode de réalisation préférentiel du conduit secondaire. Avantageusement, le fluide circulant dans le conduit secondaire est de l'air. 10 REVENDICATIONS 1. Dispositif de nettoyage des parois internes (1) d'un conduit principal (5'), le conduit principal (5') véhiculant un fluide porteur d'impuretés, les impuretés se déposant sur les parois internes (1) du conduit principal (5'), le fluide ayant un débit insuffisant dans le conduit principal (5') pour déplacer les impuretés déposées, le conduit principal (5') ayant un axe suivant une direction Z, caractérisé en ce qu'il comporte : - un conduit secondaire (10) placé à l'intérieur du conduit principal (5'), le conduit secondaire (10) véhicule le fluide porteur d'impuretés qui se déposent sur des parois internes (9) du conduit secondaire (10), le conduit secondaire (10) est mobile par rapport au conduit principal (5'), le conduit secondaire (10) a un axe suivant la direction Z ; - un dispositif principal de déplacèment (20) qui déplace le conduit secondaire (10) par rapport au conduit principal (5'), suivant la direction Z. 2. Dispositif de nettoyage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif principal de déplacement (20) déplace le conduit secondaire (10) suivant un mouvement d'ensemble qui est temporellement périodique et temporellement asymétrique. 3. Dispositif de nettoyage selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le conduit principal (5') est un conduit d'entrée d'air de sonde de pression statique. 25 4. Dispositif de nettoyage selon. l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif principal de déplacement (20) comporte : - un actionneur (25) qui est en appui sur le conduit principal (5) et qui est solidaire du conduit secondaire (10), l'actionneur (25) déplace le conduit secondaire (10) par rapport au conduit principal (5) conformément à une 30 commande principale de déplacement ; - un dispositif de commande (30) délivrant la commande principale de déplacement à l'actionneur (25). 2910357 12 5. Dispositif de nettoyage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de commande (30) délivre à l'actionneur (25) une commande principale de déplacement qui a une forme temporelle en dent de scie . 5 6. Dispositif de nettoyage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de commande (30) délivre à l'actionneur (25) une commande principale de déplacement qui a une fréquence inférieure à 100 kilo-Hertz. 7. Dispositif de nettoyage selon l'une des revendications 1 à 6, ~o caractérisé en ce que les parois internes (1, 9) du conduit principal (5') et du conduit secondaire (10) forment des cylindres. 8. Dispositif de nettoyage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le conduit secondaire (10) comporte : 15 - au moins deux armatures coopérantes (40, 45) qui sont mobiles les unes par rapport aux autres ; - un dispositif secondaire de déplacement (50) qui réalise un mouvement relatif d'une armature coopérantes (40, 45) par rapport à l'autre, à une fréquence F. 20 9. Dispositif de nettoyage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le conduit secondaire (10) comporte une première armature (40) et une deuxième armature (45) qui comprennent chacune des créneaux, les créneaux de la première armature (40) coopérant avec les créneaux de la deuxième armature (45) et en ce que le déplacement des armatures coopérantes (40, 45) suit la direction Z. 10. Dispositif de nettoyage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le conduit secondaire (10) comporte une première armature (40) et une deuxième armature (45) qui comprennent chacune des créneaux, les créneaux de la première armature (40) coopérant avec les créneaux de la deuxième armature (45) et en ce que le déplacement des armatures coopérantes (40, 45) est dans un plan normal à la direction Z. 2910357 13 11. Dispositif de nettoyage selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que le dispositif secondaire de déplacement (50) déplace la première armature (40) et la deuxième armature (45) suivant des mouvements individuels périodiques de fréquence F0, les mouvements 5 individuels sont déphasés entre eux de 7C radians. 12. Dispositif de nettoyage selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que le dispositif secondaire de déplacement déplace la première armature (40) et la deuxième armature (45) suivant deux 10 mouvements individuels périodiques de fréquence respectives F1 et F2. 13. Dispositif de nettoyage selon l'une des revendications 1 à 12 précédentes caractérisé en ce que le dispositif principal de déplacement (20) est un composant électromécanique. 14. Dispositif de nettoyage selon l'une des revendications 1 à 12, précédentes caractérisé en ce que le dispositif principal de déplacement (20) est un composant électromagnétique. 20 15. Dispositif de nettoyage selon l'une des revendications 1 à 14, précédentes caractérisé en ce que le dispositif secondaire de déplacement (50) est un composant électromécanique. 16. Dispositif de nettoyage selon l'une des revendications 1 à 14, 25 précédentes caractérisé en ce que le dispositif secondaire de déplacement (50) est un composant électromagnétique. 17. Dispositif de nettoyage selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le. fluide circulant dans le conduit 30 secondaire (10) est de l'air. 15