Brevet FR3097163A1 — publié le 20201218

Description Titre de l'invention : Vitrage feuilleté intégrant les antennes du système automatique d'aide à l'atterrissage [0001] La présente invention a trait au domaine des aéronefs pressurisés ou non pressurisés à voilure fixe ou tournante, tels qu'avions commerciaux, civils (type Airbus A320 ou Boeing 737) ou militaires, hélicoptères, navettes spatiales qui utilisent aujourd'hui le système automatique (l'aide à l'atterrissage ILS (Instrument Landing System) permettant une approche de précision (guidage plans vertical et horizontal) même avec des conditions météorologiques dégradées. Ces antennes sont généralement placées dans le nez de l'avion derrière le radôme. Elles sont connectées au calculateur de vol par des câbles coaxiaux. [0002] Ce système est basé sur deux antennes : [0003] une antenne LOC (Localizer) recevant dans la bande VUE à une fréquence proche dc 110 MHz (entre 108,10 MHz et 111,95 MHz) ; [0004] une antenne GLIDE (Slope) utilisant des fréquences 1.11-1F comprises entre 328.65 MHz et 335.40 MHz. [0005] Ce système de deux antennes reçoit du sol des informations de guidage dans les plans vertical et horizontal et les transmet au calculateur de vol pour l'approche finale (atterrissage) notamment. Il peut être constitué d'une antenne unique appelée antenne ILS dans la suite. [0006] L'antenne ILS peut également être installée dans la porte du train avant d'atterrissage, comme décrit dans la demande EP 0 706 722 Al. Elle utilise alors les propriétés électriques inhérentes associées à la porte du train avant d'atterrissage en composite graphite/époxy. [0007] Les avions peuvent également être équipés d'autres antennes (GPS, WIFI) dont l'implantation peut avoir des répercussions importantes sur l'aérodynamisme et/ou la niasse dc l'avion. En intégrant des antennes planaires minces dans les vitrages (pare-brise, glaces latérales de cockpit, hublots passagers) il devient possible de gagner de la masse en réduisant le nombre d'éléments (antennes, câbles...) à installer sur le fuselage. [0008] Aujourd'hui aucune sorte d'antenne (ILS, GPS) n'est intégrée dans les vitrages des cockpits d'avion. Or les inventeurs se sont aperçus de l'intérêt remarquable d'intégrer certaines antennes dans des vitrages de véhicules aériens, notamment avions, hélicoptères, notamment à l'avant des véhicules pour garantir une bonne réception des signaux. Ainsi l'intégration d'une antenne dans un vitrage à l'avant du véhicule, notamment un vitrage de cockpit, présente l'avantage de réduire la longueur des câbles 2 (donc le poids) pour relier l'antenne au calculateur de vol. [0009] Ces antennes nécessitent une connectique qui doit être intégrée au vitrage. Cela doit donc être réalisé dans les règles de l'art afin de ne pas créer de zone de fragilisation et ne pas dégrader la tenue du vitrage au vieillissement (pénétration d'humidité, corrosion de la connectique...). [0010] Les signaux doivent ensuite être convertis numériquement/analogiquement afin de pouvoir être lus par le calculateur de vol. Un système de conversion doit donc être rajouté et intégré soit près du vitrage (faible place disponible) soit près du calculateur. [0011] Les inventeurs ont donc réalisé l'invention qui, à cette fin, a pour objet un vitrage feuilleté comprenant au moins une première feuille de verre et une seconde feuille de verre collées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une première couche adhésive intercalaire, la première feuille de verre étant destinée à constituer la surface du vitrage feuilleté en contact avec l'atmosphère extérieure, caractérisé en ce que le vitrage feuilleté comporte, entre la première feuille de verre et la seconde feuille de verre, une antenne LOC (Local izer) recevant entre 100 et 120 MHz et une antenne GLIDE (Slopc) recevant entre 320 et 340 MHz, chaque antenne étant de dimensions suffisamment faibles pour ne pas gêner la vision, voire pour être pratiquement invisible à travers le vitrage feuilleté. [0012] Chacune des deux antennes indépendamment l'une de l'autre peut être noyée dans la première couche adhésive intercalaire ou au contraire en contact avec la face de la première ou de la seconde feuille de verre orientée vers cette couche. [0013] De préférence, l'antenne LOC (Localizer) et l'antenne GLIDE (Slope) sont réunies en une seule antenne composée d'un fil métallique conducteur de diamètre compris entre 10 et 500 pm parcourant en double une géométrie en forme de F. On entend ici et dans la suite par conducteur : conducteur d'électricité. [0014] Par ordre de préférence croissant, le diamètre du fil métallique conducteur est au plus égal à 300, 200 et 100 pm. [0015] Dans une configuration privilégiée notamment dans les avions commerciaux cités précédemment, le bord de la première feuille de verre est en retrait par rapport à celui de la seconde, une partie périphérique de la surface libre de la première feuille de verre, le chant de cette dernière, le chant de la première couche adhésive intercalaire et une partie de la surface de la seconde feuille de verre débordant de la première feuille de verre décrivant un contour continu en gradin qui est recouvert par un élément en gradin avec interposition de colle. [0016] Dans cette configuration, l'élément en gradin est avantageusement conducteur et relié à la masse, les deux branches parallèles du F pointent en direction du bord du vitrage feuilleté à faible distance de celui-ci, et celle de ces deux branches située à l'extrémité du F est reliée à l'élément en gradin tandis que l'autre branche située dans une partie 3 intermédiaire du F délivre les signaux de l'antenne LOC (Localizer) et de l'antenne GLIDE (S'ope) au calculateur de vol par l'intermédiaire de moyens de conversion numérique/analogique de ces signaux. [0017] Selon une caractéristique préférée du vitrage feuilleté de l'invention, la face de la première feuille de verre orientée vers la première couche adhésive intercalaire porte à proximité immédiate d'un de ses bords, un revêtement d'oxyde transparent conducteur en forme d'hameçon débouchant sur ce bord, et constituant une antenne GPS. Cette antenne est conçue pour fonctionner pour la réception des fréquences comprises entre 1300 et 1800 MHz environ. [0018] La face de la première feuille de verre orientée vers la première couche adhésive in- tercalaire peut également porter un revêtement d'oxyde transparent conducteur chauffant de même nature que celle de l'antenne GPS, mais distinct et séparé de celle-ci d'une distance appropriée pour ne pas perturber la réception de son signal. Un tel revêtement chauffant situé au plus près de l'atmosphère extérieure dans la structure feuilletée a, de manière connue, une fonction antigivre. Le revêtement chauffant et l'antenne GPS peuvent consister en une couche mince telle qu'en or, multicouches à l'argent, oxyde d'indium dopé à l'étain (en anglais ITO pour Indium Tin Oxidc), ZnO:Al, SnO :F,.... [0019] L'antenne GPS peut être formée par gravure chimique ou laser avec une forme d'hameçon, de la couche mince chauffante. Elle est ainsi transparente et de transmission lumineuse locale identique à celle du pare-brise dans la zone chauffante et pratiquement invisible de l'intérieur du cockpit. Installée sur un bord du vitrage, elle peut être située en dehors de la zone de vision du pilote, ce qui dépend de la forme/ taille du vitrage. [0020] De préférence, les sorties des antennes sont réalisées avec des tresses isolées (gaines isolantes électriques) et/ou avec des câbles tels que câbles coaxiaux et/ou avec des connecteurs plats tels que plots de contact et/ou par tout autre moyen approprié. La réalisation peut être identique à celle des sorties des sondes de température déjà intégrées dans le feuilleté. [0021] De préférence, au regard de chaque sortie d'antenne délivrant un signal, l'élément en gradin est absent sur une largeur minimale de 2 X 20, de préférence 2 X 30 mm : cela constitue un passage pour la sortie d'antenne, suffisamment large pour que le matériau conducteur de l'élément en gradin ne perturbe pas la transmission du signal de l'antenne. [0022] De préférence, l'élément en gradin est recouvert par un joint d'étanchéité à l'air et à l'eau, et de protection au rayonnement solaire et aux fluides. [0023] De préférence, l'élément en gradin est recouvert par une goutte qui procure au vitrage feuilleté une continuité aérodynamique entre vitrage et structure de montage telle que structure avion et une bonne inertie aux fluides de traitement tels que fluides aéronautiques, produits de nettoyage, dégraissant, glycol pour le dégivrage au sol et similaires. [0024] De préférence, le vitrage feuilleté comprend au moins une troisième feuille de verre reliée à la seconde feuille de verre par une seconde couche adhésive intercalaire. [0025] De préférence, la première feuille de verre est en verre minéral d'épaisseur comprise entre 0,5 et 5, de préférence entre 2 et 4 mm, ou en matériau polymère tel que poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) d'épaisseur comprise entre 0,5 et 5 mm. [0026] De préférence, la seconde feuille de verre, et le cas échéant la troisième feuille de verre, voire les suivantes sont en verre minéral d'épaisseur comprise entre 4 et 10 mm, ou en matériau polymère tel que poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) d'épaisseur comprise entre 5 et 30, de préférence au plus 20 mm. [0027] De préférence, les couches adhésives intercalaires sont en polyuréthane (PU), polyvi- nylbutyral (PVB), éthylène - acétate de vinyle (EV/A) ou équivalent, l'épaisseur de la première couche adhésive intercalaire est comprise entre 3 et 10, de préférence 4 et 8 mm, et l'épaisseur de la seconde couche adhésive intercalaire et le cas échéant des suivantes est comprise entre 0,5 et 4, de préférence au plus égale à 2 mm. [0028] Un autre objet de l'invention consiste en l'application d'un vitrage feuilleté tel que décrit ci-dessus à un vitrage d'aéronef pressurisé ou non pressurisé à voilure fixe ou tournante, en particulier à un vitrage d'avion commercial civil ou militaire, d'hélicoptère ou de navette spatiale, et, de manière tout à fait privilégiée, à un vitrage frontal de cockpit d'avion, dans laquelle les sorties d'antennes passent par le bord arrière du vitrage à proximité immédiate duquel les antennes sont positionnées. [0029] Les dessins annexés illustrent l'invention : [0030] [fig.1] est une vue schématique de face d'un pare-brise frontal de cockpit d'avion commercial civil selon l'invention. [0031] [fig.2] est une vue schématique en coupe d'un tel pare-brise frontal représentant l'antenne LOC (Localizer) et l'antenne GLIDE (Slope) réunies en une seule antenne. [0032] [fig.3] est une vue schématique en coupe d'un tel pare-brise frontal représentant l'antenne GPS. [0033] En référence à la Figure 1, un pare-brise frontal de cockpit d'avion commercial civil est équipé d'un élément périphérique en gradin 7, un revêtement d'oxyde transparent conducteur chauffant 12, une antenne LOC (Localizer) et une antenne GLIDE (Slope) réunies en une seule antenne 100 et une antenne GPS 200. [0034] L'élément en gradin? est conducteur et relié à la masse. Il comporte des réserves 71, 72 de 40 mm (éventuellement 60 mm) de largeur, par lesquelles passent les sorties d'antennes 101 délivrant les signaux des antennes LOC (Localizer) et GLIDE (Slope) d'une part, et 201 délivrant le signal de l'antenne GPS d'autre part. Il n'y a ainsi aucune perturbation des signaux d'antennes dus à l'élément en gradin 7. [0035] L'antenne 100 est composée d'un fil métallique conducteur de diamètre compris entre 10 et 500 pm parcourant en double une géométrie en forme de F. Le fil en double constituant la branche 102 située à l'extrémité du F est relié à l'élément en gradin 7, c'est-à-dire à la niasse ; une découpe partielle de celui-ci 7 non apparente sur la figure est prévue à cet effet. [0036] L'antenne GPS 200 est gravée dans le même matériau conducteur que celui de la couche chauffante 12, dont elle est suffisamment éloignée pour que celle-ci 12 ne perturbe pas la réception de l'antenne GPS 200. [0037] Dans la suite dc ces exemples, une feuille de verre désigne une feuille de verre alu- minosilicate trempée chimique, commercialisée par la Société Saint-Gobain Sully sous la marque enregistrée Solidion®. [0038] En référence à la Figure 2, le vitrage feuilleté de la Figure 1 comprend une première feuille de verre 1 constituant une face extérieure du vitrage, de 3 mm d'épaisseur, collée à une seconde feuille de verre 3 de 8 mm d'épaisseur par une première couche adhésive intercalaire 2 de polyuréthane (PU) de 5,76 mm d'épaisseur. [0039] Une troisième feuille de verre 5 de 8 mm d'épaisseur est collée à la seconde 3 par une seconde couche adhésive intercalaire 4 de polyvinylbutyral (PVB) de 2 mm d'épaisseur. [0040] Les chants de la seconde et de la troisième feuilles de verre 3, 5 sont protégés des chocs par des feuilles d'élastomère relativement dur 31, 51. [0041] Le bord de la première feuille de verre 1 est en retrait pai- rapport à celui de la seconde 3, une partie périphérique de la surface libre de la première feuille de verre 1, le chant de cette dernière 1, le chant de la première couche adhésive intercalaire 2 et une partie de la surface de la seconde feuille de verre 3 débordant de la première feuille de verre 1 décrivant un contour continu en gradin qui est recouvert par un élément en gradin 7 en métal conducteur. L'élément métallique en gradin 7 est relié à la masse. [0042] Ledit contour continu en gradin est recouvert par l'élément en gradin 7 avec inter- position d'une épaisseur de 100 pm de colle 6 en polysulfure. [0043] L'élément en gradin? est recouvert par un joint 8 d'étanchéité à l'air et à l'eau, en silicone, et par une goutte 9 en polysulfure qui procure au vitrage feuilleté une continuité aérodynamique entre vitrage et structure de montage telle que structure avion et une bonne inertie aux fluides de traitement comme déjà explicité. [0044] La surface extérieure du joint 8 en silicone présente des lèvres d'étanchéité 81. De plus, dans la partie inférieure du joint 8 en silicone, une cale d'épaisseur 10 en matériau plus dur que le silicone est insérée de manière à garantir que le vitrage feuilleté est bien tenu dans sa position de montage, en exerçant une certaine pression, tel que par pincement. La cale d'épaisseur 10 est pleine, mais comprend des 6 évidements 11 comme représenté sur la Figure 2, et dont la fonction sera expliquée ci-dessous. [0045] La face de la feuille de verre 1 orientée vers l'intérieur de la structure feuilletée porte une couche chauffante 12 dont le bord est visible, constituée d'oxyde d'indium dopé à l'étain (en anglais ITO pour Indium Tin Oxide) ou équivalent tel qu'or, multicouche à l'argent, ZnO :Al, SnO, :F... La couche chauffante 12 est efficace pour dégivrer la surface extérieure de la feuille de verre 1. [0046] Comme expliqué en référence à la Figure 1, l'antenne LOC (Local izer) et l'antenne GLIDE (S'ope) sont réunies en une seule antenne 100 composée d'un fil métallique conducteur de diamètre compris entre 10 et 500 pm parcourant en double une géométrie en forme de F. La Figure 2 permet de visualiser, bien que schématiquement, l'écartement des deux fils de l'antenne 100 dans le plan de coupe choisi. [0047] L'antenne 100 est composée d'un fil de cuivre de 31 pm de diamètre, de conductivité égale à 5,76 107 S/m. Le verre a une permittivité relative ou constante diélectrique E, de 6,7 et une tangente delta ou facteur de dissipation diélectrique (qualifiant les pertes du matériau diélectrique) Tan d de 0,03. Pour le polyuréthane, E, vaut 2,9 et Tan d 0,2. [0048] L'antenne 100 est représentée à l'interface entre la première feuille de verre 1 et la première couche adhésive intercalaire 2. Alternativement elle peut être noyée dans le polyuréthane 2, en l'interposant entre deux plis de polyuréthane au début du feuilletage, par exemple. [0049] Le fil de l'antenne 100 se prolonge dans le joint 8 en silicone, devant le chant des seconde et troisième feuilles de verre 3 et 5, puis dans l'évidement 11 pratiqué à cet effet dans la cale d'épaisseur 10. La sortie d'antenne 101 de l'antenne 100 débouche du joint 8 en silicone à proximité de la face du vitrage feuilleté destinée à être orientée vers le cockpit de l'avion. La sortie d'antenne 101 est reliée au calculateur de vol via des moyens de conversion numérique/analogique non représentés des signaux de l'antenne LOC (Localizer) / GLIDE (Slope) 100. [0050] La sortie d'antenne 101 est réalisée avec des tresses isolées (gaines isolantes électriques) ou avec des câbles (par ex DR24), notamment des câbles coaxiaux comme cela peut être fait pour les sorties des sondes de température déjà intégrées dans le feuilleté. [0051] En référence à la Figure 3, l'antenne GPS 200 du vitrage feuilleté de la Figure 1 est placée à l'interface entre la première feuille de verre 1 et la première couche adhésive intercalaire 2. Elle est constituée du même matériau que celui de la couche chauffante 12 décrite en référence à la Figure 2 ci-dessus. Il s'agit d'une couche d'ITO de 800 nm d'épaisseur, ayant une conductivité de 5,5 105 S/m. [0052] Les deux antennes 100, 200 sont parfaitement fonctionnelles. 7 REVENDICATIONS[Revendication 1] Vitrage feuilleté comprenant au moins une première feuille de verre (1) et une seconde feuille de verre (3) collées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une première couche adhésive intercalaire (2), la première feuille de verre (1) étant destinée à constituer la surface du vitrage feuilleté en contact avec l'atmosphère extérieure, caractérisé en ce que le vitrage feuilleté comporte, entre la première feuille de verre (1) et la seconde feuille de verre (3), une antenne LOC (Localizcr) recevant entre 100 et 120 MHz et une antenne GLIDE (Slope) recevant entre 320 et 340 MHz, chaque antenne étant de dimensions suffisamment faibles pour ne pas gêner la vision, voire pour être pratiquement invisible à travers le vitrage feuilleté. [Revendication 2] Vitrage feuilleté selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne LOC (Localizer) et l'antenne GLIDE (Slope) sont réunies en une seule antenne (100) composée d'un fil métallique conducteur de diamètre compris entre 10 et 500 pm parcourant en double une géométrie en forme de F. [Revendication 3] Vitrage feuilleté selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre du fil métallique conducteur est au plus égal à 300 ?am. [Revendication 4] Vitrage feuilleté selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre du fil métallique conducteur est au plus égal à 200 ?am. [Revendication 5] Vitrage feuilleté selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diamètre du fil métallique conducteur est au plus égal à 100 ?am. [Revendication 6] Vitrage feuilleté selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bord de la première feuille de verre (1) est en retrait par rapport à celui de la seconde (3), une partie périphérique de la surface libre de la première feuille de verre (1), le chant de cette dernière (1), le chant de la première couche adhésive intercalaire (2) et une partie de la suiface de la seconde feuille de verre (3) débordant de la première feuille de verre (1) décrivant un contour continu en gradin qui est recouvert par un élément en gradin (7) avec interposition de colle (6). [Revendication 7] Vitrage feuilleté selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément. en gradin (7) est conducteur et relié à la masse, en ce que les deux branches parallèles du F pointent en direction du bord du vitrage feuilleté à faible distance de celui-ci, et en ce que celle de ces deux branches (102) située à l'extrémité du F est reliée à l'élément en gradin (7) tandis que l'autre branche (101) située dans une partie intermédiaire 8 du F délivre les signaux de l'antenne LOC (Local izer) et de l'antenne GL1DE (S'ope) au calculateur de vol par l'intermédiaire de moyens de conversion numérique/analogique de ces signaux. [Revendication 8] Vitrage feuilleté selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en cc que la face de la première feuille de verre (1) orientée vers la première couche adhésive intercalaire (2) porte à proximité immédiate d'un de ses bords, un revêtement d'oxyde transparent conducteur en forme d'hameçon débouchant sur cc bord, et constituant une antenne GPS (200). [Revendication 9] Vitrage feuilleté selon la revendication 8, caractérisé en cc que la face de la première feuille de verre (1) orientée vers la première couche adhésive intercalaire (2) porte un revêtement d'oxyde transparent conducteur chauffant (12) de même nature que celle de l'antenne GPS (200), mais distinct et séparé de celle-ci d'une distance appropriée pour ne pas perturber la réception de son signal. [Revendication 10] Vitrage feuilleté selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les sorties des antennes (101, 201) sont réalisées avec des tresses isolées (gaines isolantes électriques) et/ou avec des câbles tels que câbles coaxiaux et/ou avec des connecteurs plats tels que plots de contact. [Revendication 11] Vitrage feuilleté selon l'une des revendications 7 à 10 prise en com- binaison avec la revendication 6, caractérisé en ce qu'au regard de chaque sortie (l'antenne (101, 201) délivrant un signal, l'élément en gradin (7) est absent sur une largeur minimale de 2 X 20, de préférence 2X 30 mm (71, 72). [Revendication 12] Vitrage feuilleté selon l'une des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément en gradin (7) est recouvert par un joint (8) d'étanchéité à l'air et à l'eau, et de protection au rayonnement solaire et aux fluides. [Revendication 13] Vitrage feuilleté selon l'une des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément en gradin (7) est recouvert par une goutte (9) qui procure au vitrage feuilleté une continuité aérodynamique entre vitrage et structure de montage telle que structure avion et une bonne inertie aux fluides de traitement tels que fluides aéronautiques, produits de nettoyage, dégraissant, glycol pour le dégivrage au sol et similaires. [Revendication 14] Vitrage feuilleté selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une troisième feuille de verre (5) reliée à 9 [Revendication 15] [Revendication 16] [Revendication 17] [Revendication 18] [Revendication 19] [Revendication 20] la seconde feuille de verre (3) par une seconde couche adhésive intercalaire (4). Vitrage feuilleté selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première feuille de verre (1) est en verre minéral d'épaisseur comprise entre 0,5 et 5, de préférence entre 2 et 4 mm, ou en matériau polymère tel que poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) d'épaisseur comprise entre 0,5 et 5 mm. Vitrage feuilleté selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde feuille de verre (3), et le cas échéant la troisième feuille de verre (5), voire les suivantes sont en verre minéral d'épaisseur comprise entre 4 et 10 mm, ou en matériau polymère tel que poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) d'épaisseur comprise entre 5 et 30, de préférence au plus 20 mm. Vitrage feuilleté selon l'une des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 14, caractérisé en ce que les couches adhésives intercalaires (2 ; 4) sont en polyuréthane (PU), polyvinylbutyral (PVB), éthylène - acétate de vinyle (EVA), en ce que l'épaisseur de la première couche adhésive intercalaire (2) est comprise entre 3 et 10, de préférence 4 et 8 mm, et en ce que l'épaisseur de la seconde couche adhésive intercalaire (4) et le cas échéant des suivantes est comprise entre 0,5 et 4, de préférence au plus égale à 2 min Application d'un vitrage feuilleté selon l'une des revendications précédentes à un vitrage d'aéronef pressurisé ou non pressurisé à voilure fixe ou tournante. Application selon la revendication 18 à un vitrage d'avion commercial civil ou militaire, d'hélicoptère ou de navette spatiale. Application selon la revendication 19 à un vitrage frontal de cockpit d'avion, dans laquelle les sorties d'antennes passent par le bord arrière du vitrage à proximité immédiate duquel les antennes sont positionnées.