Brevet FR3058985A1 — publié le 20180525

Pièce d'aéronef destinée à entrer en contact avec une masse d'air située autour de l'aéronef, aéronef et procédé associés La présente invention concerne une pièce d'aéronef destinée à entrer en contact avec une masse d'air située autour de l'aéronef, comportant : - une paroi définissant une surface externe destinée à être dirigée vers la masse d'air ; - une couche de revêtement appliquée sur au moins une partie de la surface externe. Une telle pièce est destinée à former une partie de la peau extérieure de l'aéronef dans des endroits où la formation de givre est susceptible de se produire. La formation de givre sur la surface externe de l'aéronef constitue un danger pour l'aéronef. Le givre augmente en effet la masse de l'aéronef, et peut perturber dans certains cas le bon fonctionnement aérodynamique de l'aéronef. Ceci est particulièrement le cas pour les éléments de voilure, et notamment les becs de bord d'attaque situés sur une aile de l'aéronef. Le bec de bord d'attaque est un organe mobile ou fixe formant au moins une partie du bord d'attaque de la voilure. La formation de givre sur ce bec de bord d'attaque destiné à être déployé lors des phases de vol à faible vitesse pour augmenter la portance de l'aéronef est critique. Pour pallier ce problème, il est connu d'utiliser des systèmes de chauffage empêchant la formation de givre, et/ou permettant de dégivrer, une fois le givre formé. Ces systèmes sont par exemple des systèmes d'injection d'air chaud en regard de la zone à protéger, des dispositifs électrothermiques par matelas chauffant, des dispositifs pneumatiques permettant de casser la couche de givre, des dispositifs électromécaniques ou des dispositifs chimiques. De tels systèmes de chauffage sont généralement actifs et nécessitent d'être alimentés électriquement ou hydrauliquement, ce qui augmente la consommation en carburant de l'aéronef. En outre, ces dispositifs présentent une masse élevée et ne sont pas forcément simples à installer et à intégrer sur un aéronef. Un but de l'invention est de fournir une pièce d'aéronef destinée à entrer en contact avec une masse d'air située autour de l'aéronef, qui évite de manière très efficace la formation de givre, tout en limitant la consommation de carburant et le poids de l'aéronef. A cet effet, l'invention a pour objet une pièce du type précité, caractérisée en ce que la couche de revêtement comporte au moins une région munie d'un revêtement superhydrophobe. 3058985 2 La pièce selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - la surface externe définit une zone propre à être chauffée, la pièce comportant un système de chauffage de la zone propre à être chauffée ; 5 - le système de chauffage comprend un ensemble de soufflage de gaz chaud sur la zone propre à être chauffée, un matelas chauffant en contact avec la zone propre à être chauffée, et/ou un revêtement chauffant appliqué sur la zone propre à être chauffée ; - la zone propre à être chauffée s'étend sur une longueur inférieure à 30% de la corde au maximum, prise longitudinalement entre un premier bord longitudinal de la pièce 10 et un deuxième bord longitudinal de la pièce ; - la région munie d'un revêtement superhydrophobe occupe plus de 5%, avantageusement moins de 50%, notamment moins de 40% de la corde au maximum, prise longitudinalement entre un premier bord longitudinal de la pièce et un deuxième bord longitudinal de la pièce ; 15 - la surface externe comporte un recouvrement entre la zone propre à être chauffée et la région munie d'un revêtement superhydrophobe ; - la longueur du recouvrement est inférieure à 10% de la corde au maximum, prise longitudinalement entre un premier bord longitudinal de la pièce et un deuxième bord longitudinal de la pièce ; 20 - la pièce présente un premier bord longitudinal présentant un sommet en section, la zone propre à être chauffée incluant le premier bord longitudinal, la couche de revêtement comportant des régions munies d'un revêtement superhydrophobe de part et d'autre de la zone propre à être chauffée ; - l'angle de goutte avec l'eau de la région munie d'un revêtement 25 superhydrophobe est supérieur à 150° ; - le revêtement superhydrophobe est formé à partir d'un polymère fluoré comprenant avantageusement des nanoparticules ; - la couche de revêtement comprend au moins une région munie d'un revêtement superhydrophile disposée adjacente à la région munie d'un revêtement 30 superhydrophobe ; - la paroi forme un élément de voilure, notamment un bec de bord d'attaque ou de traînée, un élément de plan horizontal ou de dérive, un élément de bord d'entrée d'air d'un moteur, ou/et un élément de bord d'entrée d'air d'un système de conditionnement d'air. L'invention a également pour objet un aéronef comportant au moins une pièce telle 35 que définie plus haut. 3058985 3 L'invention a aussi pour objet un procédé d'évolution d'un aéronef tel que défini plus haut comprenant les étapes suivantes : - chauffage de la surface externe dans une zone propre à être chauffée ; - maintien de l'eau à l'état liquide sur la zone destinée à être chauffée ; 5 - écoulement d'eau depuis la zone destinée à être chauffée vers la région munie d'un revêtement superhydrophobe ; - formation de gouttelettes d'eau sur la région munie d'un revêtement superhydrophobe ; - détachement d'au moins une partie de l'eau présente sur la région munie d'un 10 revêtement superhydrophobe à l'écart de la pièce. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective partielle d'un premier aéronef muni d'une 15 pièce selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe d'une pièce selon l'invention formant un bec de bord d'attaque d'aéronef. Dans tout ce qui suit, les orientations sont données relativement aux figures, et généralement par rapport au sens normal d'implantation du dispositif dans un aéronef. 20 Ainsi, les termes « supérieur », « inférieur », « avant », « arrière » s'entendent par rapport aux orientations choisies sur les figures, qui correspondent au sens normal de déplacement de l'aéronef. Les termes « horizontal » et « vertical » s'entendent par rapport à l'orientation de l'aéronef posé au sol sur une surface horizontale. Un premier aéronef 10 selon l'invention est illustré par la figure 1. D'une manière 25 classique, l'aéronef 10 comporte un fuselage 12, au moins un moteur 14, avantageusement un moteur à réaction, et des éléments 16 de voilure faisant saillie par rapport au fuselage 12. Chaque élément de voilure 16 comporte une voilure principale 18, et une pièce 20 de voilure montée fixe ou mobile sur la voilure principale 18, la pièce 20 étant destinée à 30 entrer en contact avec une masse d'air située autour de l'aéronef 10. Dans cet exemple, la voilure principale 18 est formée par une aile latérale d'aéronef. Elle comporte de manière connue un intrados et un extrados, qui se rejoignent le long d'un bord avant. La pièce de voilure 20 est montée à l'avant de la voilure principale 18, en regard 35 du bord avant. Elle s'étend le long du bord avant. 3058985 4 Dans cet exemple, la pièce de voilure 20 est formée par un bec de bord d'attaque couvrant le bord avant de la voilure principale 18. En référence à la figure 2, la pièce de voilure 20 comporte un extrados 28 et un intrados 30. Elle présente une forme incurvée s'ouvrant vers l'arrière, et une section transversale sensiblement en forme de « C ». 5 Avantageusement, la pièce de voilure 20 est déployable par rapport à la voilure principale 18 entre une position rétractée, rapprochée du bord avant de la voilure principale 18, dans laquelle la traînée est minimale, et une position déployée à l'écart du bord avant de la voilure principale 18, dans laquelle la portance de l'aéronef 10 est maximale. 10 En référence à la figure 2, la pièce 20 comporte une paroi 40 incurvée, une armature 42 disposée dans la paroi incurvée 40 et un système 44 de chauffage disposé à l'avant de l'armature 42 dans la paroi incurvée. La pièce 20 est munie d'une couche de revêtement 46 qui recouvre au moins en partie une surface externe 47 de la paroi 40 destinée à être dirigée vers la masse d'air 15 située autour de l'aéronef 10. La paroi 40 définit la forme incurvée de la pièce 20. Elle s'étend le long d'un axe longitudinal A-A' entre un bord d'attaque 48 et un bord de fuite 50. Dans cet exemple, en section dans un plan vertical contenant l'axe A-A', le bord d'attaque 48 définit un sommet du profil de la surface externe 47. Le bord de fuite 50 est 20 matérialisé ici par la projection sur l'axe A-A' du point de la paroi 40 le plus éloigné du bord d'attaque 48, en section suivant le même plan longitudinal vertical P. La distance, prise le long de l'axe A-A' entre le bord d'attaque 48 et le bord de fuite 50 définit une corde au maximum C. La surface externe 47 présente, à l'avant, une zone 52 destinée à être chauffée 25 incluant le bord d'attaque 48. Elle définit des zones arrière 54 non chauffées s'étendant depuis la zone 52 destinée être chauffée vers le bord de fuite 50, respectivement sur l'extrados 28 et sur l'intrados 30. La longueur L1 de la zone destinée à être chauffée 52, prise le long de l'axe A-A' à partir du bord d'attaque 48, est de préférence inférieure à 30 % de la corde au maximum 30 C. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le système de chauffage 44 comporte un conduit 53 de circulation de gaz chaud, disposé dans la paroi 40, à l'avant de l'armature 42. Le conduit de circulation 53 est généralement désigné par le terme « piccolo Le gaz chaud circulant dans le conduit 50 est propre à chauffer la zone 52 jusqu'à 35 une température empêchant la formation de givre en regard de la surface externe 47. 3058985 5 Cette température est par exemple supérieure à 0°C et notamment comprise entre 2°C et 10°C. En variante ou en complément, le système de chauffage 44 comprend un matelas électrothermique et/ou une peinture chauffante, activables par fourniture d'une puissance 5 électrique. La couche de revêtement 46 est appliquée sur au moins une partie de la surface externe 47. L'épaisseur de la couche de revêtement 46 est généralement inférieure à 0,2 mm et est comprise notamment entre 0,01 mm et 0,1 mm. Selon l'invention, la couche de revêtement 46 comporte au moins une région 60 10 munie d'un revêtement superhydrophobe. Elle comporte avantageusement des régions 62, 64 munies d'un revêtement de protection et/ou d'habillage extérieur. Dans l'exemple représenté sur les figures, la couche de revêtement 46 comporte une première région 60 munie d'un revêtement superhydrophobe située sur l'extrados 28 et une deuxième région 60 munie d'un revêtement superhydrophobe située sur l'intrados 15 30, de part et d'autre de l'axe A-A'. Chaque région 60 munie d'un revêtement superhydrophobe s'étend, sur une longueur, prise le long de l'axe A-A', comprise avantageusement entre 5 % et 50 % de la corde au maximum C, avantageusement entre 10 % et 40 % de la corde au maximum C. Chaque région 60 munie d'un revêtement superhydrophobe s'étend 20 principalement en regard de la zone arrière 54 non chauffée, avec avantageusement un recouvrement 64 avec la zone 52 destinée à être chauffée. La longueur L3 du recouvrement 64, prise le long de l'axe A-A', est avantageusement comprise entre 5 % et 20 % de la corde au maximum C, notamment entre 8 % et 12 % de la corde au maximum C. 25 La présence du recouvrement 64 favorise la dispersion du film liquide formé en regard de la zone destinée à être chauffée 52 pour former des gouttelettes d'eau liquide propres à se décoller de la pièce 20. Le revêtement superhydrophobe présente un angle de contact avec une goutte d'eau supérieur à 150°. L'angle de contact est défini comme l'angle formé entre la surface 30 fluide et la surface solide à l'interface entre la goutte et la surface solide. Cet angle est mesuré de préférence à 25 °C et à 1 atm, par exemple en utilisant la norme NF EN 828 Le revêtement superhydrophobe est formé par exemple à partir de polyoléfine, tel que du polyéthylène, du polypropylène, du polystyrène, de résine acrylique tel que du polyacrylate, de copolymère acrylonitrile/styrène, de copolymère 35 acrylonitrile/butadiène/styrène, à partir de polyacrylonitrile, à partir de polymère polyhalogéné, tel que le polychlorure de vinyle, le polychlorure de vinylidène, à partir de 3058985 6 résine fluorée telle que le polytétrafluoroéthylène, le copolymère de fluoro éthylène/propylène, le polychlorotrifluoroéthylène, le polyfluorure de vinylidène, les polymères fluorés vinylidènes/trifluoroéthylènes, à partir de polyesters tels que le polyéthylène téréphtalate, à partir de polycarbonate, à partir de résines phénoliques, de 5 résines urées, de résines mélamines, de résines polyimides, de résines polyamides telles que le nylon, de résines époxy, ou/et à partir de polyuréthanes. Avantageusement, le revêtement superhydrophobe est fabriqué à partir de résines fluorées, notamment à partir de copolymères de vinylidène fluoré et de trifluoroéthylène ayant de préférence des propriétés diélectriques et des propriétés de répulsion de l'eau, 10 ou/et de polyfluorure de vinylidène formant des cristaux de type p. Des exemples de revêtement superhydrophobes commerciaux sont les revêtements de type Hirec, commercialisés par la société NTT-AT. Il comprend avantageusement des nanoparticules, telles que des nanoparticules de polytétrafluoroéthylène (par exemple commercialisé sous la marque Téflon®). 15 L'épaisseur du revêtement superhydrophobe est par exemple comprise entre 0,01 mm et 0,2 mm. Une région 62 munie d'un revêtement de protection et/ou d'habillage s'étend en regard de la zone 52 destinée à être chauffée, à l'avant de la région 60 munie du revêtement superhydrophobe, et/ou sous la région 60 munie d'un revêtement 20 superhydrophobe au niveau du recouvrement 64. Des régions 66 munies d'un revêtement de protection et/ou d'habillage s'étendent à l'arrière de chaque région 60 munie d'un revêtement superhydrophobe. Le revêtement de protection et/ou d'habillage est par exemple un revêtement de métal plaqué, tel que de l'aluminium plaqué, ou une peinture métal d'aspect, garantissant 25 un aspect esthétique satisfaisant et une protection contre la corrosion. Le fonctionnement de la pièce 20 lors d'un vol de l'aéronef 10 va maintenant être décrit. Lors du vol, le système de chauffage 44 est activé pour chauffer la zone 52 incluant le bord d'attaque 48, avantageusement à une température supérieure à 2°C. 30 Lorsque l'aéronef 10 traverse une masse d'air susceptible de givrer, un film liquide se forme sur la zone 52 à partir du bord d'attaque 48 et s'écoule vers l'arrière. Le film atteint le recouvrement 64 où il se disloque pour former des gouttelettes au contact du revêtement superhydrophobe. Les gouttelettes sont entraînées vers l'arrière sur la région 60 munie d'un 35 revêtement superhydrophobe et se détachent de la région 60 munie d'un revêtement superhydrophobe du fait de l'angle de contact significatif entre l'eau et le revêtement 3058985 7 superhydrophobe dans la région 60. La formation de givre est ainsi évitée sur la pièce 20 en particulier dans la région 60 dans laquelle l'eau s'accumulerait en l'absence de revêtement superhydrophobe (ce qui favoriserait les risques de formation de givre à cet endroit). 5 Ainsi, il n'est pas nécessaire de chauffer une surface très importante de la pièce 20 pour obtenir une protection adéquate contre le givre. La pièce munie d'un revêtement selon l'invention offre ainsi un gain en consommation d'énergie par rapport à une pièce démunie de revêtement superhydrophobe. De ce fait, les systèmes de chauffage 44 pouvant être installés dans 10 l'aéronef 10 sont moins puissants, et sont moins lourds. En outre, le revêtement superhydrophobe est simple à appliquer sur la pièce 20, ce qui permet d'équiper des nouveaux aéronefs 10 lors de leur fabrication, ou des aéronefs 10 déjà en opération. Dans une variante, la couche de revêtement 46 comporte, à l'avant des régions 60 15 munies d'un revêtement superhydrophobe, une région munie d'un revêtement superhydrophile. Le revêtement superhydrophile présente avantageusement un angle de contact avec l'eau inférieur à 10°. Il favorise la formation d'un film d'eau fin, permettant de coopérer avec la région munie d'un revêtement superhydrophobe 60, pour engendrer plus 20 efficacement des gouttelettes susceptibles de se détacher. Dans d'autres variantes, la pièce 20 selon l'invention est située sur l'empennage, par exemple sur la dérive 100 ou sur les plans horizontaux 102 de l'empennage. Dans une autre variante, la pièce 20 est un bord 104 d'une entrée d'air de réacteur et/ou un bord 106 d'une entrée d'air d'un système de conditionnement d'air dans l'aéronef 10. 25 30 REVENDICATIONS1.- Pièce (20) d'aéronef (10) destinée à entrer en contact avec une masse d'air située autour de l'aéronef (10), comportant : - une paroi (40) définissant une surface externe (47) destinée à être dirigée vers la masse d'air ; - une couche de revêtement (46) appliquée sur au moins une partie de la surface externe (47), caractérisée en ce que la couche de revêtement (46) comporte au moins une région (60) munie d'un revêtement superhydrophobe. 2.- Pièce (20) selon la revendication 1, dans laquelle la surface externe (47) définit une zone (52) propre à être chauffée, la pièce (20) comportant un système (44) de chauffage de la zone (52) propre à être chauffée. 3.- Pièce (20) selon la revendication 2, dans laquelle le système (44) de chauffage comprend un ensemble de soufflage de gaz chaud sur la zone (52) propre à être chauffée, un matelas chauffant en contact avec la zone (52) propre à être chauffée, et/ou un revêtement chauffant appliqué sur la zone (52) propre à être chauffée. 4.- Pièce (20) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans laquelle la zone (52) propre à être chauffée s'étend sur une longueur inférieure à 30% de la corde au maximum, prise longitudinalement entre un premier bord longitudinal de la pièce (20) et un deuxième bord longitudinal de la pièce (20). 5.- Pièce (20) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle la région (60) munie d'un revêtement superhydrophobe occupe plus de 5%, avantageusement moins de 50%, notamment moins de 40% de la corde au maximum, prise longitudinalement entre un premier bord longitudinal de la pièce (20) et un deuxième bord longitudinal de la pièce (20). 6.- Pièce (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la surface externe (47) comporte un recouvrement (64) entre la zone (52) propre à être chauffée et la région (60) munie d'un revêtement superhydrophobe. 7.- Pièce (20) selon la revendication 6, dans laquelle la longueur du recouvrement (64) est inférieure à 10% de la corde au maximum, prise longitudinalement entre un premier bord longitudinal de la pièce (20) et un deuxième bord longitudinal de la pièce (20). 8.- Pièce (20) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, présentant un premier bord longitudinal présentant un sommet en section, la zone (52) propre à être chauffée incluant le premier bord longitudinal, la couche de revêtement (46) comportant 3058985 9 des régions (60) munies d'un revêtement superhydrophobe de part et d'autre de la zone (52) propre à être chauffée. 9.- Pièce (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'angle de goutte avec l'eau de la région (60) munie d'un revêtement 5 superhydrophobe est supérieur à 150°. 10.- Pièce (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le revêtement superhydrophobe est formé à partir d'un polymère fluoré comprenant avantageusement des nanoparticules. 11.- Pièce (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 10 laquelle la couche de revêtement (46) comprend au moins une région munie d'un revêtement superhydrophile disposée adjacente à la région (60) munie d'un revêtement superhydrophobe. 12.- Pièce (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la paroi (40) forme un élément de voilure, notamment un bec de bord d'attaque 15 ou de traînée, un élément de plan horizontal (102) ou de dérive (100), un élément de bord d'entrée d'air (104) d'un moteur, ou/et un élément de bord d'entrée d'air (106) d'un système de conditionnement d'air. 13.- Aéronef (10), comportant au moins une pièce (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 20 14.- Procédé d'évolution d'un aéronef (10) selon la revendication 13 dans une masse d'air, comprenant les étapes suivantes : - chauffage de la surface externe (47) dans une zone (52) propre à être chauffée ; - maintien de l'eau à l'état liquide sur la zone (52) destinée à être chauffée ; - écoulement d'eau depuis la zone (52) destinée à être chauffée vers la région (60) 25 munie d'un revêtement superhydrophobe ; - formation de gouttelettes d'eau sur la région (60) munie d'un revêtement superhydrophobe ; - détachement d'au moins une partie de l'eau présente sur la région (60) munie d'un revêtement superhydrophobe à l'écart de la pièce (20). 30