Brevet FR3025834A1 — publié le 20160318

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention a pour objet un système de dégivrage d'une entrée d'air de moteur. Un tel système peut être utilisé, en particulier, dans un moteur d'aéronef comme un moteur d'avion ou d'hélicoptère. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Sous certaines conditions météorologiques, du givre (i.e. une couche de glace) peut se former dans l'entrée d'air des moteurs d'aéronef dans des proportions telles que l'accumulation de givre peut conduire à l'obturation partielle de l'entrée d'air et provoquer l'endommagement du moteur. Dans certains cas, l'aéronef peut même être immobilisé au sol du fait du risque, lié au givre, de perte de puissance, voire d'arrêt du ou des moteurs en vol. Dans le cas des hélicoptères, un tel phénomène de givrage peut apparaître, notamment, lorsque l'hélicoptère évolue dans une atmosphère humide et froide, par exemple en montagne ou à proximité d'une étendue d'eau. Pour combattre ce phénomène, on connait des dispositifs de dégivrage utilisant de l'air sous pression prélevé en sortie d'un étage de compression d'un turbomoteur, dans le but de faire fondre le givre. Dans ces dispositifs, l'air sous pression est amené depuis la sortie de l'étage de compression vers l'entrée d'air du moteur pour réchauffer les zones à dégivrer comme la grille d'entrée d'air ou les pales de pré-rotation du moteur. Un inconvénient majeur de ces dispositifs tient au fait qu'ils prélèvent une quantité significative d'énergie nécessaire au cycle thermodynamique du moteur en pénalisant fortement le rendement global et le niveau maximal de puissance disponible du moteur. Ce mode de prélèvement d'énergie est également peu efficace car l'opération de chauffage entraîne un refroidissement indésirable consécutif à la détente de l'air dans la zone concernée. Un autre inconvénient tient au fait que, lorsque le moteur fonctionne au ralenti, le compresseur ne fournit pas suffisamment d'air dont la pression, la température et le débit permettent le dégivrage. Pour cette raison, l'opération de dégivrage est peu efficace, voire inefficace lors des phases d'approche préparatoires à l'atterrissage et lors de 3025834 2 la phase d'atterrissage. On connaît également le système décrit dans le document de brevet US 2010/0101206. Bien que satisfaisant, ce système pourrait être amélioré. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour objet un système de dégivrage d'une entrée d'air de moteur. Ce système comprend un revêtement définissant la surface extérieure du système et un substrat couvert par le revêtement, le substrat étant adapté pour absorber l'énergie d'ondes hyperfréquences incidentes traversant le revêtement et restituer cette énergie sous forme de chaleur. Cette chaleur facilite le décollement du givre formé sur la surface extérieure du système ou empêche la formation de givre sur cette surface. Par « système de dégivrage », on entend désigner un système permettant de faciliter le décollement du givre formé sur la surface extérieure du système et/ou de limiter, voire d'empêcher, la formation de givre sur cette surface extérieure. La notion de « dégivrage » est donc employée ici au sens large et doit être interprétée comme intégrant le dégivrage au sens strict, l'antigivrage ou les deux. Le système peut comprendre un ou plusieurs générateurs d'ondes hyperfréquences pour générer les ondes hyperfréquences incidentes. Par « ondes hyperfréquences », on entend désigner des ondes de fréquences comprises entre 300MHz et 300GHz. En particulier, ces ondes peuvent avoir une fréquence comprise entre 900 et 4000 MHz. Pour des raisons pratiques, mais aussi parce que cette fréquence est adéquate aux objectifs visés, les ondes peuvent avoir une fréquence de 2,45 GHz. Le revêtement utilisé devant être traversé par les ondes hyperfréquences pour que ces ondes atteignent le substrat et "l'alimente" en énergie hyperfréquence, ce revêtement ne doit pas réfléchir les ondes hyperfréquences incidentes. Dans certains modes de réalisation, le revêtement définissant la surface extérieure du système est adapté pour que la chaleur dégagée par le substrat se propage facilement à travers le revêtement jusqu'à la surface extérieure du système, en particulier par conduction thermique. La conductivité 3025834 3 thermique et l'épaisseur du revêtement peuvent être choisies dans ce but. Par exemple, l'épaisseur du revêtement peut être faible et, notamment, être inférieure à 0,5 mm. Le revêtement définissant la surface extérieure du système de dégivrage peut présenter une ou plusieurs des propriétés suivantes, considérées seules ou en combinaison: - Il peut s'agir d'un revêtement à caractère glaciophobe. On entend désigner par là un revêtement qui présente une faible adhérence à la glace. Un tel revêtement est caractérisé par sa température de glaciophobie. Cette température correspond à la température d'interface pour laquelle la glace commence à accrocher ou n'accroche plus sous une contrainte donnée. La température de glaciophobie est de ce fait un phénomène qui se révèle physiquement par le décrochage de la glace et qui est donc facile à cerner visuellement. La température de glaciophobie d'un matériau se trouve pour la majorité des matériaux aux environs de zéro degré, mais il peut être situé pour d'autres matériaux à des températures significativement négatives comme par exemple -5°C, voir -10°C et ce, à l'état naturel et donc sans aucune influence extérieure. Ainsi, le caractère glaciophobe d'un matériau donné est d'autant plus marqué que sa température de glaciophobie naturelle est basse. Dans certains modes de réalisation, le revêtement à caractère glaciophobe peut avoir une température de glaciophobie inférieure à -5°C. - Il peut s'agir d'un revêtement à caractère hydrophobe. On entend désigner par là un revêtement étanche à l'eau et qui n'absorbe pas celle-ci. Un tel revêtement permet de protéger le substrat contre l'eau. - Il peut s'agir d'un revêtement anti-érosion, c'est-à-dire un revêtement capable de résister correctement à l'érosion dans les conditions opérationnelles du moteur. Un tel revêtement permet de protéger le substrat contre l'érosion. Par exemple, le revêtement peut être réalisé dans un matériau choisi parmi différentes variétés de polyuréthanes existant dans le commerce. En particulier, les variétés connues pour être résistantes à l'érosion et anti adhérentes, en plus d'être étanches. 3025834 4 Le substrat a la propriété d'absorber l'énergie des ondes hyperfréquences et de restituer cette énergie sous forme de chaleur. Il peut être placé sur un support conducteur d'électricité mis à la masse. Le substrat peut être de faible épaisseur (par exemple quelques dixièmes de millimètre). Le substrat peut comprendre ou être en un matériau magnétique dit « à pertes » ou en un matériau « diélectrique à pertes ». Le matériau magnétique présente alors le caractère d'être à pertes à la fréquence ou aux fréquences des ondes hyperfréquences incidentes. Il pourrait également s'agir d'un matériau qui restitue sous forme de chaleur l'énergie contenues dans les ondes hyperfréquences grâce à son caractère résistif. Dans ce mode de restitution de l'énergie, les interactions onde/matière conduisent à la création de courants en surface du matériau qui libèrent un effet joule. Lorsque le substrat comprend un matériau magnétique, ce matériau peut se présenter sous la forme de fragments ou de particules magnétiques noyées dans un liant de nature diélectrique. Le matériau magnétique peut aussi se présenter sous formes de particules magnétiques agglomérées fortement entre elles, avec ou sans liant diélectrique. En particulier, les particules magnétiques peuvent être agglomérées entre elles par frittage, sans utiliser de liant diélectrique. Le substrat peut être monocouche dans le cas d'utilisation de matériaux dits « large bande », ou multicouche. Le cas d'utilisation de matériaux large bande est préférable car moins onéreux à élaborer. Lorsque le substrat est multicouche, les différentes couches du substrat peuvent être le résultat d'une adaptation pour une meilleure absorption de l'énergie. Pour ce faire, la nature ou la proportion des matériaux constitutifs des couches peut varier d'une couche à l'autre. Par exemple, dans le cas de couches composées de particules noyées dans un liant, la concentration, la taille, la nature des particules et l'épaisseur de la couche peut varier d'une couche à l'autre. En particulier, lorsque le substrat est multicouche, les couches du substrat peuvent être adaptées pour absorber l'énergie d'ondes hyperfréquences sur une plage de fréquences plus large. Ainsi, une couche du substrat peut être adaptée pour absorber l'énergie d'ondes 3025834 hyperfréquences appartenant à une première plage de fréquence et au moins une autre couche du substrat peut être adaptée pour absorber l'énergie des ondes de fréquences voisines, ce qui revient à élargir artificiellement la bande d'absorption et en faire une large bande. Par exemple, on peut faire en sorte que la bande d'absorption coïncide avec la fréquence de 2,45 GHz et les fréquences voisines pour mieux absorber les dispersions de fabrication du matériau. Dans certains modes de réalisation, le substrat a une certaine température de glaciophobie T* et comprend un matériau magnétique possédant une température de curie Tc telle que Tc > T*. Pour un matériau magnétique, comme pour certains diélectriques, la température de curie Tc est la température de changement de phase à laquelle le matériau modifie ses propriétés magnétiques s'il s'agit d'un matériau magnétique ou ses propriétés diélectriques s'il s'agit d'un matériau diélectrique. Au-delà de Tc, le matériau n'est plus un matériau à pertes. Cette transition de phase est un phénomène réversible et le matériau redevient à pertes quand sa température redescend en dessous de Tc. La condition Tc > T* permet d'autolimiter la montée en température du substrat afin d'assurer une autorégulation en température de celui-ci. Dans certains modes de réalisation, le système comprend un support, et le substrat est une couche de matière couvrant le support. En particulier, le substrat peut être une couche de matière déposée sur le support, par toute technique de dépôt appropriée. Dans ces modes de réalisations, le substrat ne fait donc pas partie du support. A l'inverse, dans certains modes de réalisation le substrat est constitué par le support et, donc, le substrat fait partie du support. Dans ce cas, le revêtement glaciophobe peut être déposé directement sur le support, par toute technique de dépôt appropriée. On notera que le système peut comprendre, en outre, des couches intermédiaires entre le substrat et le revêtement glaciophobe et/ou entre le substrat et le support (lorsqu'il s'agit de deux parties distinctes). En particulier, ces couches intermédiaires peuvent participer à la cohésion du 3025834 6 système. Par exemple, ces couches intermédiaires peuvent être une colle ou un apprêt. Comparativement aux systèmes de dégivrage connus qui utilisent de l'air sous pression, le système proposé permet d'obtenir une réduction conséquente de la consommation énergétique utilisée pour le dégivrage. Par exemple, pour le dégivrage des pales de pré-rotation d'un moteur d'aéronef, un gain de plusieurs dizaines de kilowatts peut être obtenu. De plus, le système ne nécessite pas ou peu d'adaptation du support sur lequel il est déposé, puisqu'il suffit de déposer la couche de revêtement (et éventuellement la couche de substrat) sur ce support. Le système proposé n'a donc pas ou peu d'incidence sur la conception et la fabrication du support. Dans certains modes de réalisation, le support est une pièce de moteur située au niveau de l'entrée d'air du moteur. En particulier, cette pièce peut être une grille d'entrée d'air, une partie du conduit d'entrée d'air, un bras de carter ou une pale de pré-rotation. L'invention a également pour objet un moteur, en particulier un moteur d'aéronef, comprenant un système anti-givre du type de celui précédemment décrit. Il peut s'agir, en particulier, d'un moteur d'avion (e.g. un turbopropulseur) ou d'hélicoptère (e.g. un turbomoteur). Même s'il s'avère particulièrement intéressant lorsqu'il est appliqué à un moteur d'aéronef, d'autres applications du système de l'invention pourraient être envisagées. Les caractéristiques et avantages de l'invention précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemple(s) de réalisation de l'invention. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les dessins annexés sont schématiques et ne sont pas à l'échelle, ils visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) analogues sont repérés par les mêmes signes de référence. 3025834 7 La FIG 1 est une vue en coupe transversale d'un premier exemple de système de dégivrage. La FIG 2 est une vue en coupe transversale d'un deuxième exemple de système de dégivrage. Les FIGS 3A à 3C représentent différents motifs de substrat DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION Les FIGS 1 et 2 représentent deux exemples de systèmes 20 de dégivrage. Chacun de ces 2 exemples comprend un revêtement glaciophobe 1 et un substrat 2 tels que précédemment décrits. En particulier, le substrat 2 peut être constitué de particules magnétiques 10 noyées dans un liant 11. Dans l'exemple de la FIG 1, le système comprend : - un revêtement glaciophobe 1 définissant la surface extérieure 22 du système, - un substrat 2 recouvert par le revêtement 1, et - un support 3 recouvert par le substrat 2, le substrat 2 se situant ainsi entre le support 3 et le revêtement 1. Le système peut également comprendre des couches intermédiaires 4, 5. Par exemple, une (ou plusieurs) couche intermédiaire 4 peut être disposée entre le revêtement 1 et le substrat 2. Cette couche 4 peut être une couche d'accroche permettant d'améliorer la tenue du revêtement 1 sur le substrat 2. De même, une (ou plusieurs) couche intermédiaire 5 peut être disposée entre le substrat 2 et le support 3. Cette couche 5 peut être une couche d'accroche permettant d'améliorer la tenue du substrat 2 sur le support 3. Le support 3 peut être, par exemple, une grille d'entrée d'air ou une pale de pré-rotation d'une turbomachine. La FIG 2 représente un autre exemple de système 20 de dégivrage. Cet exemple diffère de celui de la FIG 1 en ce que le substrat 2 et le support 3 ne forment qu'une seule et même pièce. Le substrat 2 n'est pas nécessairement une couche de matière pleine. Par exemple, le substrat 2 peut être une couche de matière ajourée et, en particulier, peut former des motifs. Ces motifs peuvent être répétitifs et/ou 3025834 8 réguliers. De manière alternative ou complémentaire, l'épaisseur du substrat 2 peut varier. Les FIGS 3A à 3C représentent différents exemples de motifs pour le substrat. De tels motifs en deux dimensions (ci-après "2D") ou en trois dimensions (ci-après "3D") du substrat permettent, en particulier, de favoriser le fractionnement en petit morceaux du givre formé sur la surface extérieure 22, mais aussi l'homogénéisation en température du système. Les motifs 2D peuvent être par exemple des « fractales » ou des motifs pas nécessairement répétitifs et réguliers. Les motifs 2D forment des motifs en 3D lorsqu'ils sont associés avec une variation d'épaisseur du substrat. Le fractionnement du givre en petits morceaux est utile pour faciliter l'ingestion par le moteur de ces morceaux, laquelle ingestion pourrait conduire à endommager le moteur si ces morceaux étaient trop volumineux ou trop massiques. Dans tous les cas la variation d'épaisseur du substrat contribue à influer directement sur la quantité d'énergie localement absorbée par le substrat (même si celui-ci ne possèdes pas de motifs 2D). Cette particularité peut être mise à profit pour homogénéiser en température les pièces difficiles à homogénéiser comme, par exemple, la grille d'entrée d'air d'un moteur. REVENDICATIONS1. Système de dégivrage d'une entrée d'air de moteur, ce système comprenant un revêtement (1) définissant la surface extérieure (22) du système et un substrat (2) couvert par le revêtement (1), le substrat (2) étant adapté pour absorber l'énergie d'ondes hyperfréquences incidentes traversant le revêtement (1) et restituer cette énergie sous forme de chaleur. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le revêtement (1) est à caractère glaciophobe. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le revêtement (1) est un revêtement anti-érosion. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le revêtement (1) est à caractère hydrophobe. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le substrat (2) comprend un matériau magnétique présentant le caractère d'être à pertes à la fréquence ou aux fréquences des ondes hyperfréquences incidentes. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le substrat (2) a une certaine température de glaciophobie T* et comprend un matériau magnétique possédant une température de curie Tc telle que Tc > T*. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un support (3) et dans lequel le substrat (2) est constitué par le support. 3025834 10 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un support (3) et dans lequel le substrat (2) est une couche de matière couvrant le support. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel le substrat (2) est une couche de matière ajourée et, en particulier, forme des motifs répétitifs. 10. Système selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le substrat (2) est une couche de matière d'épaisseur variable. 11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant un ou plusieurs générateurs d'ondes hyperfréquences. 12. Moteur d'aéronef comprenant un système antigivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.