Brevet FR3113032A1 — publié le 20220204

Ce dispositif de détection d’une intensité de givrage (2) pour un aéronef (1) en vol, comprend une surface de captation du givre, et des moyens de mesure (4) aptes à mesurer l’épaisseur du givre déposé sur la surface de captation de givre. Le dispositif comprend des moyens de calcul (6) aptes à déterminer à intervalles de temps déterminés (T samp ) l’évolution de l’épaisseur du givre, et des moyens de commande (7) aptes à générer un signal d’alarme lorsque la différence d’épaisseur de givre mesurée entre deux intervalles de temps (T samp ) est supérieure à une valeur de seuil. Figure pour l’abrégé : Fig 2 Dispositif de détection de l’intensité de givrage pour un aéronef en vol La présente invention concerne les aéronefs, et se rapporte plus particulièrement aux dispositifs de détection de conditions givrantes pour aéronef en vol. Etat de la technique antérieure Lorsqu’un aéronef évolue dans une atmosphère à température négative, il est susceptible de rencontrer des nuages contenant des gouttes en surfusion. La collision entre les zones froides de l’aéronef, telles que les bords d’attaque des ailes ou les entrées d’air des moteurs, et les gouttes en surfusion présentes dans le nuage traversé fait instantanément geler les gouttes qui s’accumulent sous forme de dépôt de givre sur ces zones. Le givre peut dégrader les performances aérodynamiques impactant la navigabilité de l’aéronef, mais aussi endommager certains composants des moteurs et engendrer des pertes de poussée moteur. Pour prévenir l’accumulation de givre, les constructeurs aéronautiques ont alors équipé les aéronefs de systèmes chauffants disposés au niveau des zones à protéger. Ces systèmes sont conçus de manière à protéger les zones critiques lors de collisions avec des gouttes en surfusion dont le diamètre est inférieur ou égal à 100 µm. Il a toutefois été constaté que du givre est susceptible de se former au-delà des zones protégées. Par ailleurs, afin d’éviter que l’aéronef ne consomme plus d’énergie que nécessaire, les systèmes chauffants sont activés uniquement lorsque l’aéronef traverse une zone susceptible de créer du givre. Pour cela, il a été développé des détecteurs de givre optiques, tel que décrit dans le brevet français n°2 970 946, que l’on dispose sur des zones externes de l’aéronef, par exemple le nez de l’aéronef. Plus précisément, ces détecteurs de givre possèdent une surface de captation sur laquelle les gouttes en surfusion s’agglomèrent en givrant. Ils sont par ailleurs aptes à mesurer l’épaisseur du givre présent sur leur surface de captation et à déterminer la présence ou l’absence de givre ainsi que la sévérité des conditions givrantes. Toutefois, il a été constaté, dans certaines conditions de température et d’altitude, la présence de gouttes en surfusion dont le diamètre pouvait atteindre jusqu’à 2 mm. La zone d’impact d’une goutte en surfusion en aval du bord d’attaque de l’aile d’un aéronef dépend de l’inertie et donc du diamètre de la goutte. Par conséquent un aéronef, dont les protections ont été définies pour des gouttes en surfusion dont le diamètre ne dépasse pas 100 µm, n’est pas suffisamment protégé lorsqu’il traverse des nuages contenant des gouttes en surfusion d’un diamètre supérieur à 100 µm. Il existe donc un besoin pour détecter la présence de gouttes en surfusion d’un diamètre supérieur à 100 µm pour que l’équipage puisse éloigner l’aéronef de ces conditions givrantes et ainsi éviter d’endommager l’appareil. Au vu de ce qui précède, l’invention se propose de pallier les contraintes précitées en proposant un dispositif de détection d’une intensité de givrage pour un aéronef en vol. L’invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un procédé de détection d’une intensité de givrage pour un aéronef en vol, comprenant une mesure de l’épaisseur du givre déposé sur une surface de captation de givre. On détermine à intervalles de temps déterminés l’évolution de l’épaisseur du givre et, lorsque la différence d’épaisseur du givre déterminée entre deux intervalles de temps est supérieure à une valeur de seuil, on génère un signal d’alarme. Par « une intensité de givrage », on entend un niveau de givrage défini suivant une surface sur laquelle s’étend le givre déposé sur les zones critiques de l’aéronef. Autrement dit, l’intensité de givrage est déterminée en fonction du diamètre des gouttes en surfusion contenues dans le nuage traversé par l’aéronef. Ainsi, une faible intensité de givrage est représentative de la présence de gouttes en surfusion dont le diamètre est inférieur ou égal à 100 µm. Dans ce cas, les systèmes chauffants sont activés et aptes à protéger les zones critiques de l’aéronef. A l’inverse, une intensité de givrage élevée est révélatrice de la présence de gouttes en surfusion dont le diamètre est supérieur à 100 µm, ce qui risque d’endommager les composants de l’aéronef. Pour déterminer l’intensité de givrage, il est avantageux de mesurer l’épaisseur du givre à des intervalles de temps déterminés, ce qui permet, en suivant son évolution, de détecter la présence de gouttes en surfusion dont le diamètre est supérieur à 100 µm. De préférence, on calcule l’épaisseur moyenne du givre déposé sur la surface de captation en fonction de l’intensité de givrage à détecter et un taux d’accrétion, l’intervalle de temps correspondant au ratio entre une épaisseur moyenne du givre et le taux d’accrétion. Détecter l’intensité de givrage correspond à repérer la présence de gouttes en surfusion ayant un diamètre supérieur à 100 µm. L’épaisseur moyenne du givre correspond ainsi à l’épaisseur de givre généralement produite par une goutte en surfusion ayant un diamètre égal à 100 µm. Ainsi, la valeur de seuil est égale à l’épaisseur moyenne de givre déposé par une goutte en surfusion sur la surface de captation, la goutte en surfusion ayant dans cet exemple un diamètre supérieur ou égal à 100 µm. Avantageusement, le taux d’accrétion du givre est calculé en fonction d’au moins une concentration en eau du givre déposé sur la surface de captation, une vitesse de l’aéronef en vol et d’un coefficient de captation. En variante, le taux d’accrétion du givre est calculé à partir d’une pente d’évolution de l’épaisseur du givre déposé sur la surface de captation. De préférence, l’épaisseur moyenne du givre est calculée en fonction d’une densité de l’eau, du givre, la surface de captation de givre et le volume d’une goutte en surfusion ayant un diamètre supérieur ou égal à 100 µm. L’invention a également pour objet un dispositif de détection d’une intensité de givrage pour un aéronef en vol, comprenant une surface de captation de givre, des moyens de mesure aptes à mesurer l’épaisseur du givre déposé sur une surface de captation de givre. Le dispositif comporte des moyens de calcul aptes à déterminer à intervalles de temps déterminés l’évolution d’une épaisseur du givre et des moyens de commande aptes à générer un signal d’alarme lorsqu’une différence d’épaisseur de givre mesurée entre deux intervalles de temps est supérieure à une valeur de seuil. Les moyens de calcul peuvent être implémentés sous forme de modules dans toute unité de calcul apte à exécuter des instructions programme et échanger des données avec d’autres dispositifs. On peut citer comme unité de calcul, un microprocesseur ou un microcontrôleur. Les moyens de calcul peuvent également être implémentés sous forme de circuits logiques de manière partiellement ou intégralement matérielle. De préférence, les moyens de calcul sont aptes à calculer l’épaisseur moyenne du givre déposé sur la surface de captation en fonction de l’intensité de givrage à détecter et le taux d’accrétion, l’intervalle de temps étant déterminé par les moyens de calcul et correspondant au ratio entre l’épaisseur moyenne du givre et le taux d’accrétion. Préférentiellement, les moyens de calcul sont aptes à déterminer le taux d’accrétion du givre en fonction d’au moins la concentration en eau du givre déposé sur la surface de captation, la vitesse de l’aéronef en vol et d’un coefficient de captation de givre. En variante, les moyens de calcul sont aptes à déterminer le taux d’accrétion du givre à partir de la pente d’évolution de l’épaisseur du givre déposé sur la surface de captation. Avantageusement, les moyens de calcul sont aptes à déterminer l’épaisseur moyenne du givre en fonction de la densité de l’eau, du givre, la surface de captation de givre et le volume d’une goutte en surfusion ayant un diamètre supérieur ou égal à 100 µm. L’invention a également pour objet un aéronef comprenant au moins un dispositif de détection d’une intensité de givrage en vol tel que défini ci-dessus. L’invention a encore pour objet un programme d’ordinateur configuré pour mettre en œuvre, lorsqu’il est exécuté par l’ordinateur, le procédé de détection de l’intensité de givrage tel que défini ci-dessus. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : illustre schématiquement un aéronef comportant un dispositif de détection d’une intensité de givrage conforme à l’invention; présente de manière schématique les modules du dispositif de détection de l’intensité de givrage selon un mode de réalisation de l’invention ; illustrent deux ordinogrammes d’un procédé de détection de l’intensité du givrage mis en œuvre par ledit dispositif et, illustrent chacune un ordinogramme concernant une méthode de détermination d’un intervalle de temps selon un mode de mise en œuvre de l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation de l’invention Sur la est représenté un aéronef 1 comprenant des zones extérieures dites critiques qu’il est nécessaire de protéger contre le givrage, tel que les zones frontales 11, les bords d’attaque des ailes 12 et 13 et les entrées d’air moteur 14 et 15. En effet, le givrage des bords d’attaque des ailes 12 et 13 modifie le profil de l’aile et fait diminuer la portance de l’aéronef 1. Quant au givrage des zones frontales 11, cela peut causer l’altération voire, la suppression de la transparence de la verrière du poste de pilotage de l’aéronef 1, altérant par conséquent la visibilité pour l’équipage. Le givre peut aussi provoquer l’ingestion de glaces sur les moteurs 15 et 14 et les endommager. Ainsi, il est disposé sur une zone externe de l’aéronef 1, ici la zone frontale 11, un dispositif de détection d’une intensité de givrage 2 comportant une surface de captation sur laquelle le givre est destiné à s’accumuler. Bien entendu, le dispositif 2 est apte à être localisé sur tout autre endroit spécifié par l’avionneur et permettant au givre de s’accumuler sur sa surface de captation lorsque l’aéronef est en phase de vol. Le dispositif 2 est configuré pour mesurer l’épaisseur du givre déposé sur sa surface de captation et détecter la présence de gouttes en surfusion d’un diamètre supérieur à 100 µm lorsque l’aéronef 1 traverse un nuage. A cet effet, le dispositif 2 comprend des moyens de mesure 4, des moyens de calcul 6 qui communiquent avec les moyens de mesure 4 ainsi que des moyens de commande 7 pilotant les moyens de calcul 6, tels qu’illustrés dans la . Plus précisément, les moyens de mesure 4 sont aptes à mesurer l’épaisseur du givre déposé sur la surface de captation. Le dispositif de détection 2 comprend en outre des moyens de stockage 5 destinés à mémoriser les données délivrées par les moyens de mesure 4. Pour ce faire, les moyens de mesure 4 comportent une première borne de sortie b40 couplée à une borne d’entrée b50 des moyens de stockage 5. Les moyens de mesure 4 délivrent un signal S45 aux moyens de stockage 5 contenant les données acquises. Les moyens de stockage 5 comportent en outre une borne de sortie b51 couplée à une première borne d’entrée b60 des moyens de calcul 6 pour leur délivrer un signal S56. Les moyens de calcul 6 ont en outre accès aux données acquises instantanément par les moyens de mesure 4. Plus particulièrement, les moyens de calcul 6 comportent une deuxième borne d’entrée b61 couplée à une deuxième borne de sortie b41 des moyens de mesure 4, ce qui permet aux moyens de mesure 4 de délivrer un signal S46 contenant les données relatives à l’épaisseur du givre. Les moyens de calcul 6 sont configurés pour effectuer des calculs en utilisant les données des signaux S56 et S46. Au terme de ces calculs, les moyens de calcul 6 délivrent, par une borne de sortie b62, un signal S67 à une première borne d’entrée b70 des moyens de commande 7. A titre d’exemple, le signal S67 peut être sous la forme d’un signal binaire. Ainsi, en fonction de la valeur reçue, « 0 » ou « 1 », les moyens de commande 7 activent ou non une alarme. Il est à noter que l’alarme peut être sous la forme d’une information affichée sur le tableau de bord de l’équipage de l’aéronef 1 pour que celui-ci puisse faire dévier manuellement l’aéronef. L’alarme peut également être sous la forme d’une donnée à transmettre à d’autres modules de l’aéronef destinés à effectuer automatiquement des opérations de déviation via le pilotage automatique. Il est à noter que les moyens de calcul 6 sont configurés pour délivrer le signal S67 à intervalles de temps déterminés. Pour ce faire, le dispositif de détection de l’intensité de givrage 2 comporte en outre un temporisateur 8 ayant une borne de sortie b80 couplée à une deuxième borne d’entrée b71 des moyens de commande 7, pour leur délivrer le signal S87. Le signal S87 peut être de forme binaire dont la valeur « 1 » symbolise la fin du décompte et la valeur « 0 » signifie que le décompte est en cours. Par ailleurs, le temporisateur 8 est configuré pour redémarrer le décompte lorsqu’il arrive à terme. Cet intervalle de temps peut également être modifié par un signal S78 reçu à une borne d’entrée b81, ce signal étant délivré par les moyens de commande 7 via une deuxième borne de sortie b73. Une fois le décompte terminé, les moyens de commande 7 délivrent en sortie b72 le signal S76 et le fournissent à une troisième borne d’entrée b63 des moyens de calcul 6. Le signal S76 a pour but d’activer les moyens de calcul 6 pour qu’ils puissent recevoir le signal S46 délivré par les moyens de mesure 4 et le signal S56 issu des moyens de stockage 5 et ainsi effectuer lesdits calculs. On se réfère aux figures 3A et 3B qui illustrent le procédé de détection de l’intensité de givrage mis en œuvre par le dispositif 3. En référence à la , le procédé de détection de l’intensité de givrage débute par une étape E1, au cours de laquelle les moyens de mesure 4 mesurent l’épaisseur du givre déposé sur leur surface de captation. A l’étape E2, les moyens de mesure 4 transmettent les données relatives à l’épaisseur mesurée au cours de l’étape précédente, en délivrant le signal S45 contenant lesdites données aux moyens de stockage 5, afin que les moyens de calcul 6 puissent ensuite les utiliser. Comme la discrimination des gouttes en surfusion d’un certain diamètre n’est possible qu’en mesurant à intervalles de temps déterminés, l’évolution de l’épaisseur du givre déposé sur la surface de captation, les étapes E1 et E2 sont ainsi, dans cet exemple, uniquement réitérées entre chaque intervalle de temps afin d’éviter une consommation d’énergie inutile. Parallèlement aux étapes E1 et E2 et en référence à la , le temporisateur 8 transmet à chaque itération le signal S87 aux moyens de commande 7 dans l’étape E3. Dans l’étape suivante E4, les moyens de commande 7 vérifient si le signal S87 contient la valeur « 1 » ou « 0 ». Si la valeur est égale à « 0 », on retourne à l’étape E3 dans laquelle les moyens de commande 7 acquièrent de nouveau le signal S87. Dans le cas contraire, on passe à l’étape E5 dans laquelle les moyens de commande 7 activent les moyens de calcul 6 en leur délivrant le signal S76. Une fois activés, les moyens de calcul 6 récupèrent dans l’étape E6, les données du signal S46 des moyens de mesure 4 ainsi que les données du signal S56 issu des moyens de stockage 5. Les moyens de calcul 6 disposent ainsi des données relatives aux épaisseurs de givre mesurées entre deux intervalles de temps déterminés pour les comparer dans l’étape E7 et ainsi déterminer l’évolution de l’épaisseur du givre. Plus particulièrement, les moyens de calcul 6 comparent l’évolution de l’épaisseur du givre avec une valeur de seuil qui correspond à une différence d’épaisseur démonstrative de la présence de gouttes de surfusion dont le diamètre est supérieur à 100 µm. Ainsi, si la différence d’épaisseur mesurée entre deux intervalles de temps déterminés est supérieure ou égale à ladite valeur de seuil, les moyens de calcul 6 délivrent aux moyens de commande 7 le signal S67 contenant la valeur « 1 ». Si non, les moyens de commande 7 délivrent le signal S67 comportant la valeur « 0 ». Au cours de l’étape E8, les moyens de commande 7 vérifient si le signal S67 contient la valeur « 1 » ou « 0 ». S’il s’agit de la valeur « 0 », on revient à l’étape E4. Si c’est la valeur « 1 », les moyens de commande 7 délivrent un signal d’alarme dans l’étape E9. On se réfère aux figures 4A et 4B qui illustrent chacune un diagramme de flux d’une méthode de calcul dudit intervalle de temps qui est défini par la relation suivante : (1) où e th désigne l’épaisseur moyenne constante du givre déposé par une goutte en surfusion sur la surface de captation du dispositif de détection 2, la goutte en surfusion ayant dans cet exemple un diamètre à discriminer égal à 100 µm et, IAR mes le taux d’accrétion du givre, exprimé en mètres par seconde. Pour pouvoir calculer l’intervalle de temps T samp , les moyens de calcul 6 acquièrent, dans l’étape E10, l’épaisseur moyenne e th ainsi que le taux d’accrétion du givre IAR mes . Dans l’étape E11, les moyens de calcul 6 déterminent, selon l’équation (1), l’intervalle de temps T samp puis le transmettent aux moyens de commande 7 dans l’étape E12. Les moyens de calcul 7 envoient ensuite le signal S78 au temporisateur 8 pour que son compte à rebours corresponde à l’intervalle de temps déterminé. En référence à la , les moyens de calcul 6 sont en outre configurés pour calculer le taux d’accrétion IARmes déterminé par la relation suivante : (4) où β désigne le coefficient de captation du dispositif 2 ; η la portion de givre sur la surface de captation dudit dispositif 2 ; LWC, la concentration en eau du nuage traversé en grammes par mètre cube et, TAS, la vitesse de l’aéronef 1 par rapport à la masse d’air dans laquelle il vole, exprimée en mètres par seconde. Les moyens de calcul 6 commencent par récupérer des moyens de stockage 5 les données relatives à la vitesse TAS de l’aéronef 1, la portion de givre η ainsi que le coefficient de captation β du dispositif 2 dans l’étape E13. Au cours de l’étape E14, les moyens de calcul 6 calculent le taux d’accrétion IAR mes . A titre d’exemple, en considérant que la concentration en eau est égale à 0,2g/m 3 , la vitesse de l’aéronef 1 égale à 230m/s ainsi qu’un dispositif 2 ayant un coefficient de captation égal à 0,8 et une surface de captation de 3. 10 -5 m 2 , le taux d’accrétion IAR mes calculé par les moyens de calcul 6 sera égal à 4. 10 -5 m/s. L’épaisseur moyenne e th est égale à 0,019 µm pour une goutte d’un diamètre égal à 100 µm et ayant un volume égal à 5,24. 10 -13 m 3 . Par ailleurs, il est à noter que l’épaisseur moyenne de givre e th qui correspond à la valeur de seuil, est déterminée une seule fois selon la relation suivante : (2) où ρ w désigne la densité de l’eau qui est égale à 1000000 g/m 3 ; ρ i la densité du givre, égale à 917000 g/m 3 ; St, la superficie en mètres carré de la surface de captation du détecteur de givre 2 exprimée, et, V d , le volume en mètres cube d’une goutte en surfusion ayant un diamètre à discriminer égal à 100 µm. L’intervalle de temps entre deux mesures est ainsi égal à 476 µs, ce qui signifie qu’une goutte de diamètre de 200 µm sera détectée après 8 mesures. Autrement dit, il ne peut y avoir une évolution d’épaisseur de givre supérieure à la valeur de seuil pendant 7 intervalles. Toutefois, une goutte ayant un diamètre égal à 500 µm sera détectée toutes les 125 mesures. Par ailleurs, l’invention n’est pas limitée à ces modes de réalisation et de mise en œuvre mais en embrasse toutes les variantes. Par exemple, on peut choisir de déterminer une intensité de givrage correspondant à des gouttes en surfusion dont le diamètre est supérieur à 200 µm et ajuster l’intervalle de temps entre deux mesures en conséquence. Procédé de détection d’une intensité de givrage pour un aéronef (1) en vol, comprenant une étape de mesure d’une épaisseur de givre déposé sur une surface de captation de givre, caractérisé en ce qu’il comprend une étape consistant à déterminer, à intervalles de temps déterminés (T samp ), une évolution d’une épaisseur de givre et, une étape de génération d’un signal d’alarme, lorsqu’une différence d’épaisseur de givre mesurée entre deux intervalles de temps (T samp ) est supérieure à une valeur de seuil. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de calcul d’une épaisseur moyenne de givre (e th ) déposé sur la surface de captation en fonction de l’intensité de givrage à détecter et d’un taux d’accrétion de givre (IAR mes ), l’intervalle de temps (T samp ) correspondant au ratio entre l’épaisseur moyenne de givre (e th ) et le taux d’accrétion de givre (IAR mes ). Procédé selon la revendication 2, dans lequel le taux d’accrétion de givre (IAR mes ) est calculé en fonction d’au moins une concentration en eau du givre (LWC) déposé sur la surface de captation, une vitesse (TAS) de l’aéronef (1) en vol et un coefficient de captation de givre (β). Procédé selon la revendication 2, dans lequel le taux d’accrétion de givre (IAR mes ) est calculé à partir d’une pente d’évolution de l’épaisseur de givre déposé sur la surface de captation de givre. Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l’épaisseur moyenne de givre (e th ) est calculée en fonction d’une densité de l’eau (ρ w ), d’une densité du givre (ρ i ), d’une superficie de la surface de captation de givre (St) et d’un volume d’une goutte en surfusion (V d ) ayant un diamètre supérieur ou égal à 100 µm. Dispositif de détection d’une intensité de givrage (3) pour un aéronef (1) en vol, comprenant une surface de captation du givre, et des moyens de mesure (4) aptes à mesurer une épaisseur de givre déposé sur la surface de captation de givre, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de calcul (6) aptes à déterminer, à intervalles de temps déterminés (T samp ) l’évolution de l’épaisseur de givre et des moyens de commande (7) aptes à générer un signal d’alarme lorsque la différence d’épaisseur de givre mesurée entre deux intervalles de temps (T samp ) est supérieure à une valeur de seuil. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de calcul (6) sont aptes à calculer une épaisseur moyenne du givre (e th ) déposé sur la surface de captation en fonction de l’intensité de givrage à détecter et d’un taux d’accrétion (IAR mes ), l’intervalle de temps (T samp ) étant calculé par les moyens de calcul (6) et correspondant au ratio entre l’épaisseur moyenne de givre (e th ) et le taux d’accrétion (IAR mes ). Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens de calcul (6) sont aptes à déterminer le taux d’accrétion du givre (IAR mes ) en fonction d’au moins une concentration en eau du givre (LWC) déposé sur la surface de captation, une vitesse (TAS) de l’aéronef (1) en vol et un coefficient de captation de givre (β). Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens de calcul (6) sont aptes à déterminer le taux d’accrétion du givre (IAR mes ) à partir d’une pente d’évolution de l’épaisseur de givre déposé sur la surface de captation de givre. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel les moyens de calcul (6) sont aptes à déterminer l’épaisseur moyenne de givre (e th ) en fonction de la densité de l’eau (ρ w ), du givre (ρ i ), la surface de captation de givre (St) et le volume d’une goutte en surfusion (V d ) ayant un diamètre supérieur ou égal à 100 µm. Aéronef (1) comprenant au moins un dispositif de détection de l’intensité de givrage (3) en vol selon l’une quelconque des revendications 6 à 10. Programme d’ordinateur configuré pour mettre en œuvre le procédé selon la revendication 1, lorsqu’il est exécuté par l’ordinateur.