Brevet FR3004165A1 — publié le 20141010

La présente invention concerne le domaine des éléments d'aéronefs nécessitant un traitement contre le givre. Un aéronef est propulsé par un ou plusieurs ensemble propulsifs comprenant chacun un turboréacteur logé dans une nacelle. Une nacelle présente de manière générale une structure sensiblement tubulaire entourant le turboréacteur et comprend une section de bord d'attaque constituant une entrée d'air en amont du moteur et une section de bord de fuite comprenant, depuis l'amont vers l'aval de la nacelle, une section médiane destinée à entourer la soufflante dudit turboréacteur et une section aval entourant la chambre de combustion du turboréacteur et qui peut être équipée de moyens d'inversion de poussée, l'amont et l'aval de la nacelle étant définis par référence au sens d'écoulement du flux d'air dans la nacelle en fonctionnement jet direct, l'amont de la nacelle correspondant à une partie de la nacelle par laquelle le flux pénètre, et l'aval correspondant à une zone d'éjection dudit flux d'air. L'entrée d'air comprend, d'une part, une lèvre d'entrée adaptée pour permettre la captation optimale vers le turboréacteur de l'air nécessaire à l'alimentation de la soufflante et des compresseurs internes du turboréacteur, et d'autre part, une structure aval sur laquelle est rapportée la lèvre et destinée à canaliser convenablement l'air vers les aubes de soufflante. L'ensemble est rattaché en amont d'un carter de soufflante appartenant à la section médiane de l'ensemble. Lors d'une phase de vol d'un aéronef, il est fréquent que les conditions climatiques en altitude entraînent une formation de givre à différents 25 endroits de l'aéronef. D'une manière générale, les éléments d'aéronefs présentant un bord d'attaque sont sujets à l'accrétion de givre. Il s'agit par exemple de la lèvre d'entrée d'air d'une nacelle, d'un radôme, d'un bord d'attaque d'une aile ou d'un empennage horizontal ou vertical. 30 Par exemple, une telle formation de givre sur le bord d'attaque de la nacelle du turboréacteur est inacceptable, car elle peut entraîner des modifications du profil aérodynamique de la nacelle, ou peut aussi endommager le turboréacteur dans le cas d'arrachement de blocs de glace qui se sont formés en amont sur la lèvre d'entrée d'air de la nacelle. 35 Afin d'éviter l'accumulation de glace ou de givre entrainant les inconvénients précités, on équipe généralement ces éléments de l'aéronef sujets à l'accrétion de givre ou de glace de dispositifs de dégivrage ou d'antigivrage. Un dispositif de dégivrage permet de nettoyer de façon périodique la zone assujettie à la formation de glace ou de givre, typiquement par chauffage ou par moyen mécanique, afin d'éliminer ladite glace ou ledit givre, tandis qu'un dispositif d'anti-givrage a pour but d'empêcher la formation de glace ou de givre en réchauffant continuellement ladite zone. Lorsque l'élément de l'aéronef à traiter contre le givre est une lèvre d'entrée d'air de nacelle pour turboréacteur ou turbopropulseur, de tels dispositifs sont, de manière connue, réalisés en prélevant des gaz chauds dans le compresseur du turboréacteur ou en les produisant par compression ou chauffage, et en les redirigeant sur la surface de la lèvre d'entrée d'air de la nacelle. Toutefois, un tel dispositif nécessite un système de conduits d'amenée d'air chaud entre le turboréacteur ou le turbopropulseur et l'entrée d'air, ainsi qu'un système d'évacuation de l'air chaud à l'intérieur de la lèvre d'entrée d'air. Ceci augmente la masse de l'ensemble propulsif, ce qui n'est pas souhaitable. Ces inconvénients ont pu être palliés en recourant à des systèmes 20 de dégivrage ou d'anti-givrage électriques. On pourra notamment citer le document EP 1 845 018, bien que de nombreux autres documents se rapportent au dégivrage électrique et à ses développements. La mise en oeuvre d'un dispositif de dégivrage ou d'anti-givrage électrique utilise des ensembles de résistances chauffantes, implantés au 25 niveau de la lèvre d'entrée d'air à proximité de la surface externe et alimentés électriquement. Cependant, que ce soit dans le cas de dispositifs de dégivrage ou d'antigivrage, pneumatique ou électrique, un inconvénient commun à ces dispositifs de traitement contre le givre est la consommation excessive 30 d'énergie. De plus, les turboréacteurs du type « Open Rotor », turboréacteurs présentant une soufflante non carénée en aval de la nacelle et permettant de réduire la consommation de carburant, nécessitent un traitement contre le givre d'une part sur la surface intérieure de la nacelle, et d'autre part sur la surface 35 extérieure de ladite nacelle afin d'éviter que des blocs de glace ne traversent les pales de la soufflante non carénée. La consommation en énergie des dispositifs de traitement contre le givre se trouve donc encore accrue pour ce type de turboréacteur. Il existe donc un besoin de réduire considérablement la consommation énergétique de ces dispositifs de traitement contre le givre, 5 sans en affecter les performances de dégivrage ou d'antigivrage. La présente invention vise à pallier les inconvénients précités, et se rapporte à cet effet à un élément d'aéronef comprenant une section de bord d'attaque et une section de bord de fuite, ladite section de bord d'attaque comprenant au moins un dispositif de traitement contre le givre, ledit élément 10 d'aéronef étant remarquable en ce qu'au moins la section de bord de fuite comprend au moins une surface superhydrophobe. Ainsi, en prévoyant au moins une surface superhydrophobe en aval de la section équipée du dispositif de traitement contre le givre, les gouttelettes d'eau issues du processus de dégivrage ou d'anti-givrage 15 provenant de la section de bord d'attaque n'adhèrent plus sur la surface en aval de ladite section de bord d'attaque, et on évite alors de recongeler le ruissellement, au moins au niveau de la surface superhydrophobe. Par conséquent, lorsque le dispositif de traitement contre le givre est un dispositif d'anti-givrage, la surface à chauffer est réduite par rapport à 20 celle de l'art antérieur, ce qui permet de réduire la consommation énergétique dudit dispositif et, lorsque le dispositif de traitement contre le givre est un dispositif de dégivrage, la fréquence de cycles de chauffe est diminuée par rapport à celle de l'art antérieur, ce qui permet également de réduire la consommation en énergie dudit dispositif. 25 Ainsi, quel que soit le type de dispositif de traitement contre le givre, la caractéristique superhydrophobe de la section de bord de fuite permet de réduire considérablement la consommation en énergie dudit dispositif de traitement contre le givre. Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif de 30 l'invention, l'élément d'aéronef est une nacelle pour turboréacteur ou turbopropulseur d'aéronef, la section de bord d'attaque comprenant une lèvre d'entrée d'air et la section de bord de fuite comprenant une section médiane comprenant une surface interne et une surface externe radialement éloignée de ladite surface interne, ladite surface interne comprenant au moins une 35 surface superhydrophobe. Selon des caractéristiques toutes optionnelles de la présente invention : - la surface externe de la nacelle comprend en outre au moins une surface superhydrophobe. En prévoyant une nacelle comprenant à la fois une surface interne et une surface externe superhydrophobes, cette nacelle est particulièrement destinée à supporter un turboréacteur du type « Open Rotor », turboréacteur dont la soufflante n'est pas carénée et est positionnée en aval dudit turboréacteur ; -la lèvre d'entrée d'air comprend au moins une surface 10 superhydrophobe, ce qui permet d'adapter la nacelle avec un dispositif de dégivrage par composant piézo-électrique ; - la surface superhydrophobe est obtenue par un procédé de traitement de surface. Contrairement aux revêtements hydrophobes, le traitement de surface permet de présenter une bonne résistance à l'érosion. De 15 plus, le coût d'obtention de ces surfaces superhydrophobes est très sensiblement réduit par rapport à l'obtention de surfaces hydrophobes par revêtements ; - le procédé de traitement de surface est de préférence un procédé de pulvérisation d'un complexe organométallique. Ce procédé s'applique 20 avantageusement quelle que soit la nature de la surface à traiter ; - la surface superhydrophobe de la lèvre d'entrée d'air est obtenue par réaction chimique entre un acide gras et ladite surface de la lèvre d'entrée d'air. Ce procédé est très avantageux par raport au procédé de pulvérisation d'un complexe organométallique lorsque la surface à traiter est une surface 25 métallique, telle que la lèvre d'entrée d'air de la nacelle ; - la nacelle selon l'invention peut supporter un turboréacteur du type « Open Rotor ». D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 30 apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles : - La figure 1 représente un ensemble propulsif connu de l'art antérieur ; - La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la lèvre 35 d'entrée d'air de la nacelle et d'une partie de la section de bord de fuite. Sur l'ensemble des figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues. Dans la présente description, on entend par élément d'aéronef comprenant une section de bord d'attaque et une section de bord de fuite tout élément d'un aéronef présentant un profil aérodynamique. A titre d'exemple, un tel élément d'aéronef peut être constitué par 10 les ailes d'un avion, les empennages arrières (horizontal et vertical), les nacelles de turboréacteur ou turbopropulseur. Dans la suite de la description, on a choisi de se référer, à titre d'exemple illustratif non limitatif, à une nacelle pour turboréacteur d'aéronef. On se réfère à la figure 1, représentant un ensemble propulsif 1. Un 15 tel ensemble comprend un pylône 3 auquel est suspendue une nacelle 5 supportant un turboréacteur 7. La nacelle 5 comprend une section de bord d'attaque 9 constituée par une lèvre d'entrée d'air 10, et une section de bord de fuite 11 comprenant une section médiane 13 de la nacelle constituée par un capot fixe 15, et une 20 section aval 17 de la nacelle constituée par un capot 19 pouvant abriter des moyens d'inversion de poussée. On se réfère à la figure 2, illustrant schématiquement, en coupe longitudinale, la lèvre d'entrée d'air 10 prolongée par le capot 15 comprenant une surface interne 21 en contact avec un flux d'air froid F traversant la 25 nacelle, et une surface externe 23 radialement éloignée par rapport à ladite surface interne. Comme représenté, la lèvre d'entrée d'air 10 est typiquement séparée du capot fixe 15 par une paroi annulaire 25. La lèvre d'entrée d'air 10 reçoit un dispositif de traitement contre le 30 givre (non représenté), constitué par exemple par un dispositif de dégivrage ou d'antigivrage, pneumatique ou électrique. Selon l'invention, la section de bord de fuite comprenant le capot 15, positionné en aval de la zone de la nacelle traitée thermiquement, est superhydrophobe. 35 La caractérisation hydrophobique d'un matériau se fait en mesurant l'angle de contact entre sa surface plane et une goutte d'eau posée sur sa surface : les matériaux standards ont un angle inférieur à 90°, les matériaux hydrophobes ont un angle compris entre 90° et 150° et les matériaux superhydrophobes ont un angle supérieur à 150°. Plus précisément, au moins une portion de la surface interne 21 du 5 capot 15 est superhydrophobe. La surface interne 21 du capot 15 de la nacelle est rendue superhydrophobe par tout procédé de traitement de surface. A titre d'exemple non limitatif, le procédé utilisé pour rendre la nacelle superhydrophobe est un procédé de pulvérisation d'un complexe 10 organométallique sur la surface à traiter. Selon une variante, la surface externe 23 du capot 15 est également rendue superhydrophobe par exemple par ledit procédé de pulvérisation organométallique. Cela permet de rendre la nacelle compatible avec un turboréacteur de type « open rotor », c'est-à-dire présentant une 15 soufflante non carénée au niveau de sa section aval. Optionnellement, la lèvre métallique d'entrée d'air 10 de la nacelle est également superhydrophobe. Comme précédemment, la lèvre d'entrée d'air peut être rendue superhydrophobe par tout procédé de traitement de surface. La surface externe 27 de la lèvre d'entrée d'air 10 peut être traitée 20 par pulvérisation d'un complexe organométallique ou peut être rendue superhydrophobe par réaction d'un acide gras et de ladite surface externe 27. Le caractère superhydrophobe de la lèvre d'entrée d'air permet très avantageusement d'utiliser un dispositif de dégivrage par composant piézoélectrique. 25 Le dégivrage par composant piézo-électrique consiste à faire vibrer la surface à dégivrer pour casser et évacuer les faibles couches de glace accumulées sur la lèvre. Le dégivrage par composant piézo-électrique est notamment décrit plus en détails dans le brevet européen publié sous le numéro EP 2 209 715 et 30 appartenant au demandeur. Ainsi, l'utilisation d'une surface superhydrophobe en complément d'un dispositif de dégivrage mécanique de type piézo-électrique permet de faciliter le décrochage de la glace, en ce que la force d'adhésion de la glace sur la paroi de l'élément à dégivrer est réduite. 35 Quelles que soient les méthodes d'obtention de surfaces superhydrophobes, ces surfaces sont obtenues par un procédé de traitement de surface. Cela permet avantageusement, contrairement aux revêtements hydrophobes connus de l'art antérieur, d'accroître considérablement la résistance à l'érosion de la surface traitée et de réduire sensiblement le coût de traitement de ces surfaces. Grâce à la présente invention, en prévoyant des surfaces superhydrophobes en complément de dispositifs de traitement contre le givre, on réduit considérablement la consommation énergétique de ces dispositifs de traitement contre le givre. Enfin, comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation décrites ci-dessus uniquement à titre d'exemples illustratifs, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes faisant intervenir les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Élément d'aéronef comprenant une section de bord d'attaque (9) et une section de bord de fuite (11), ladite section de bord d'attaque comprenant au moins un dispositif de traitement contre le givre, caractérisé en ce qu'au moins la section de bord de fuite (11) comprend au moins une surface superhydrophobe (21, 23). 2. Élément d'aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il s'agit d'une nacelle (5) pour turboréacteur ou turbopropulseur d'aéronef, la section de bord d'attaque (9) comprenant une lèvre d'entrée d'air (10) et la section de bord de fuite (11) comprenant une section médiane (13) comprenant une surface interne (21) et une surface externe (23) radialement éloignée de ladite surface interne, ladite surface interne (21) comprenant au moins une surface superhydrophobe. 3. Élément d'aéronef selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface externe (23) comprend en outre au moins une surface superhydrophobe. 4. Élément d'aéronef selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la lèvre d'entrée d'air (10) comprend au moins une surface superhydrophobe. 5. Élément d'aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite surface superhydrophobe (21, 23) est obtenue par un procédé de traitement de surface. 6. Élément d'aéronef selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit procédé de traitement de surface est un procédé de pulvérisation d'un complexe organométallique. 7. Élément d'aéronef selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la surface hydrophobe de la lèvre d'entrée d'air (10) est obtenue par réaction chimique entre un acide gras et ladite surface de la lèvre d'entrée d'air. 8. Élément d'aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il supporte un turboréacteur du type « Open Rotor ».5