Brevet FR3121814A1 — publié le 20221014

L’invention concerne un tapis chauffant (1) pour le chauffage d’une pièce en particulier d’une turbomachine d’aéronef, ce tapis (1) étant déformable et comportant une face (1a) configurée pour épouser la pièce et être appliquée contre cette pièce, caractérisé en ce qu’il comprend une structure multicouche comportant plusieurs couches polymériques superposées dans lesquelles sont noyés : une pluralité de sondes de température (11), une pluralité d’éléments résistifs de chauffage (13), une pluralité d’unités de contrôle (15) reliées aux sondes (11) et aux éléments (13), et des quadrillages de fils conducteurs configurés pour relier les sondes (11), les éléments (13) et les unités (15) entre eux ainsi qu’à un module (5) d’alimentation électrique (5a) et de commande (5b) du tapis chauffant (1). L’invention concerne aussi un procédé de chauffage d’une pièce (3) de turbomachine d’aéronef, comprenant l’application d’un tapis chauffant (1). Figure pour l'abrégé : Figure 2 TAPIS CHAUFFANT POUR LE CHAUFFAGE D’UNE PIÈCE DE TURBOMACHINE D’AÉRONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un tapis chauffant pour le chauffage d’une pièce en particulier d’une turbomachine d’aéronef, ainsi qu’un procédé de chauffage d’une pièce de turbomachine d’aéronef. Arrière-plan technique L’utilisation de matériaux composites est avantageuse dans l’industrie aéronautique notamment car ces matériaux ont des performances mécaniques intéressantes pour des masses relativement faibles. Les procédés de fabrication des pièces composites comprennent : - les moulages par voie humide ou imprégnation directe de résine, notamment le moulage au contact, le moulage sous vide, le moulage par compression, le moulage par projection simultanée, le moulage par infusion sous vide et le moulage par transfert de résine ; - les moulages par voie sèche, c’est-à-dire en utilisant des fibres préimprégnée de résine. Une pièce ayant une structure composite doit ensuite être chauffée pour que la résine puisse polymériser afin de former la pièce finale. Il est possible pour cela de chauffer la pièce en utilisant un tapis chauffant. Un tel tapis chauffant est équipé de plusieurs éléments résistifs chauffant de manière à pouvoir chauffer la zone de la pièce sur laquelle il se trouve. L’ensemble des éléments résistifs est activé ou désactivé de manière simultanée de façon à chauffer l’ensemble de la zone de la pièce recouverte par le tapis. Or, selon la complexité de la pièce, certaines zones de la pièce se comportent par exemple comme des puits de chaleur, c’est-à-dire que cette partie de la pièce a tendance à évacuer très facilement les calories qui lui sont fournies, ne permettant pas par exemple d’obtenir l’augmentation de chaleur souhaitée. D’autres zones de la pièce peuvent au contraire avoir tendance à emmagasiner les calories et ainsi atteindre une température plus élevée que celle désirée. Il est donc extrêmement compliqué d’obtenir une température homogène nécessaire à la fabrication des pièces composites, en particulier sur des pièces complexes. Un excès de chaleur ou un manque de chaleur lors de la polymérisation de la résine peut alors avoir un impact négatif sur la santé de la matière et réduire la durée de vie de la pièce. La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes précités. L’invention propose à cet effet un tapis chauffant pour le chauffage d’une pièce, en particulier d’une turbomachine d’aéronef, ce tapis étant déformable et comportant une face configurée pour épouser la pièce et être appliquée contre cette pièce, caractérisé en ce qu’il comprend une structure multicouche comportant plusieurs couches polymériques superposées dans lesquelles sont noyés : - une pluralité de sondes de température, - une pluralité d’éléments résistifs de chauffage, - une pluralité d’unités de contrôle reliées aux sondes et aux éléments, et - des quadrillages de fils conducteurs configurés pour relier les sondes, les éléments et les unités entre eux ainsi qu’à un module d’alimentation électrique et de commande du tapis chauffant, les sondes, les éléments et les unités étant organisés par cellules disposées en matrice dans un plan principal du tapis, chacune de ces cellules comportant au moins une desdites sondes, au moins un desdits éléments et au moins une desdites unités, et ladite unité de chaque cellule étant configurée pour contrôler, indépendamment des cellules des autres matrices, le ou chaque élément de cette cellule en fonction d’un signal reçu de la ou de chaque sonde de cette cellule et comparé à une consigne prédéterminée transmise par ledit module. Le tapis selon l’invention comprend donc une multitude de cellules chauffantes pouvant chacune fonctionner de manière individuelle, c’est-à-dire indépendamment les unes des autres. Chaque cellule est ainsi capable de fournir de la chaleur grâce à son ou ses éléments résistifs, contrôler la température mesurée de la zone chauffée, grâce à sa ou ses sondes, contrôler que cette température corresponde bien à une température de consigne grâce à sa ou ses unités de contrôle, et faire varier une tension d’alimentation transmise par le module aux éléments résistifs jusqu’à ce que la température mesurée corresponde à la température de consigne. Chaque cellule va donc chauffer à la température désirée la zone de la pièce sur laquelle elle se trouve, indépendamment des autres cellules, ce qui permet ainsi d’obtenir une chauffe précise sur toutes la surface de la pièce (ayant une géométrie simple ou complexe) en cours de fabrication. La pièce pourra ainsi être chauffée de manière homogène indépendamment de la présence de zone emmagasinant ou évacuant fortement la chaleur. Le tapis chauffant, selon l’invention, peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres : - la structure multicouche comprend entre 2 et 6 couches. - la structure multicouche comprend : - une première couche comportant les sondes, et/ou - une seconde couche comportant les éléments, et/ou - une troisième couche comportant les unités, et/ou - une ou plusieurs couches comportant lesdits quadrillages. - la structure multicouche comprend un nombre de couches supérieur ou égal au nombre de quadrillages. - la structure multicouche comprend : - une quatrième couche comportant un premier quadrillage de liaison des éléments à une masse, - une cinquième couche comportant un second quadrillage de liaison des unités de contrôle audit module en vue de la transmission de la consigne à ces unités. - une sixième couche comportant un troisième quadrillage de liaison des sondes et des éléments audit module en vue de leur alimentation électrique. - les couches sont superposées les unes sur les autres dans l’ordre croissant, de la première à la sixième couche, la première couche comportant une face libre définissant ladite face. - chacune des unités de contrôle comprend un comparateur comportant deux entrées et une sortie, une première de ses entrées étant reliée à l’un des quadrillages, une seconde de ses entrées étant reliée à là ou à chaque sonde de la cellule correspondante, et sa sortie étant reliée à un interrupteur de liaison d’un autre des quadrillages à l’élément ou à chaque élément de cette cellule. - chacune des cellules s’etend dans ledit plan sur une surface comprise entre 1 et 20mm2, et de préférence entre 2 et 10mm2. La présente invention concerne également un procèdé de chauffage d’une pièce de turbomachine d’aéronef, comprenant l’application d’un tapis chauffant, tel que décrit précédemment, sur une face de cette pièce et la commande desdits éléments en fonction d’une consigne, de façon à chauffer la pièce par conduction. En outre, dans ce procèdé, la pièce est en matériau composite et comprend une résine polymérisable, le chauffage de la pièce étant réalisé au cours de la polymérisation de la résine. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : La est une vue schématique de coupe d’un tapis chauffant sur une pièce aéronautique ; La est une vue schématique d’une cellule du tapis chauffant ; et La est un schéma logique de fonctionnement de la cellule de la . Description détaillée de l'invention La illustre un tapis chauffant selon l’invention pour le chauffage d’une pièce 3 en particulier d’une turbomachine d’aéronef. Ce tapis est déformable et comporte une face 1a configurée pour épouser une face 3a de la pièce 3 et être appliquée contre cette pièce 3. Le tapis 1 est donc souple de sorte qu’il peut se déformer pour s’adapter à la complexité de la pièce 3. Le tapis 1 peut chauffer la pièce 3 par conduction. La pièce 3 est, par exemple, en matériau composite, notamment avec une structure composite de type sandwich. Un matériau sandwich est par exemple fabriqué en assemblant deux peaux externes, minces mais rigides, à une âme interne, légère mais épaisse. Le matériau constituant l'âme est normalement un matériau à faible résistance mécanique, mais son épaisseur plus élevée que le matériau utilisé pour les deux peaux externes confère au matériau sandwich une rigidité à la flexion élevée et une masse volumique globale faible. La pièce 3 comprend en outre une résine polymérisable qu’il est nécessaire de chauffer afin d’obtenir la pièce finale. La polymérisation de cette résine est réalisée notamment en chauffant la pièce 3 grâce au tapis chauffant 1. Un tel tapis 1 se compose d’une structure multicouche comportant plusieurs couches polymériques superposées dans lesquelles sont noyés : une pluralité de sondes de température (référencées 11 sur la ), une pluralité d’éléments résistifs de chauffage (référencés 13 sur la ), une pluralité d’unités de contrôle (référencées 15 sur la ) et des quadrillages de fils conducteurs (référencés 21, 23, 25 sur la ), notamment des grilles métalliques. Les quadrillages de fils conducteur sont configurés pour relier les sondes, les éléments et les unités entre eux ainsi qu’à un module 5 d’alimentation électrique et de commande du tapis chauffant 1. Le module 5 comprend pour cela un module d’alimentation électrique 5a ainsi qu’un module de commande 5b. Les sondes, les éléments et les unités sont organisés par cellules 7 chauffantes. Les cellules 7 sont disposées en matrice dans un plan principal du tapis 1. Autrement dit, le tapis 1 comprend une répétition de cellules 7 de chauffe, qui peuvent être ordonnées par colonnes et lignes par exemple. Pour des raisons de clarté, seulement quatre des cellules 7 du tapis 1 sont représentées sur la . Trois premières cellules 7 disposées sur une première ligne, respectivement au niveau d’une première, seconde et troisième colonne, et une quatrième cellule 7, en retrait, disposée sur une troisième ligne au niveau d’une quatrième colonne. Chaque cellule 7 comporte au moins une desdites sondes 11, au moins un desdits éléments 13 et au moins une desdites unités 15. Chaque cellule 7 comprend en outre un premier 21 des quadrillages, un second 23 des quadrillages et un troisième 25 des quadrillages. Ces cellules 7 sont en particulier miniatures et peuvent notamment être fabriquées grâce aux principes de la microélectronique. Ces cellules 7 ont une surface par exemple comprise entre 1 et 20mm 2 , notamment entre 2 et 10mm 2 . Le tapis 1 comprend par exemple entre deux et six couches polymériques superposées. Une première couche 31 comporte par exemple les sondes 11. Une seconde couche 32 comporte notamment les éléments résistifs 13. Une troisième couche 33 comporte en particulier les unités 15 de contrôle. En outre, la structure multicouche comprend une ou plusieurs couches comportant les quadrillages 21, 23, 25. La structure multicouche comprend un nombre de couches supérieur ou égal au nombre de quadrillages 21, 23, 25. Selon le mode de réalisation représenté, la structure multicouche comprend notamment trois couches de quadrillages supplémentaires, c’est-à-dire une quatrième, cinquième et sixième couches 34, 35, 36. Ainsi, la quatrième couche 34 comporte le premier 21 quadrillages qui permet de relier les éléments 13 à une masse (non représentée). La cinquième couche 35 comporte le second 23 quadrillages qui permet de relier les unités de contrôle 15 au module de commande 5b du module 5 en vue de la transmission d’une consigne à ces unités 15. La sixième couche 36 comporte le troisième 25 quadrillage qui permet de relier les sondes 11 et les éléments 13 au module d’alimentation électrique 5a du module 5 en vue de leur alimentation électrique. Les couches 31, 32, 33, 34, 35, 36, sont superposées les unes sur les autres dans l’ordre croissant, de la première couche 31 à la sixième couche 36. La première couche 31 comprend ici la face 1a du tapis 1 destinée à épouser la face 3a de la pièce. Chaque unité de contrôle 15 comprend notamment un comparateur 16 et un interrupteur 17. Le comparateur 16 comporte deux entrées 16a, 16b et une sortie 16c. La première de ses entrées 16a est reliée à l’un des quadrillages, notamment le second quadrillage 23 qui permet de relier les unités de contrôle 15 au module de commande 5b du module 5 en vue de la transmission d’une consigne à ces unités 15. La seconde 16b des entrées du séparateur est reliée à la ou à chaque sonde 11 de la cellule 7 correspondante. La sortie 16c est reliée à un interrupteur 17. Cet interrupteur 17 permet de connecter le ou chaque élément 13 avec un quadrillage, en particulier le troisième quadrillage 25 qui permet de relier les éléments 13 au module d’alimentation électrique 5a du module 5 en vue de leur alimentation électrique. La représente le schéma logique d’une cellule 7 de chauffe et permet d’illustrer le fonctionnement indépendant de chaque cellule 7. Une certaine température de consigne Tc va être paramétrée au niveau du module de commande 5b du module 5. Le module de commande 5b va alors convertir cette valeur en une tension de consigne Vc, autrement dit en une tension image de la température de consigne Vc. Cette tension consigne Vc est délivrée par le module d’alimentation 5a à travers le second quadrillage 23 de la cinquième couche 35 au comparateur 16 de la ou des unités de contrôle 15 de la cellule 7 correspondante. Le comparateur 16 de l’unité 15 reçoit également une tension sonde Vt provenant de manière continue de la sonde de température 11. Cette tension sonde Vt est générée par la sonde 11 qui convertit la température Tt mesurée par la sonde 11 en une tension sonde Vt image de la température mesurée Tt. Le comparateur 16 de l’unité 15 mesure alors la différence entre la tension de consigne Vc provenant du module de commande 5b et la tension sonde Vt provenant de la sonde 11. Dans le cas où la tension de consigne Vc est supérieure à la tension sonde Vt, cela signifie que la température mesurée Tt se trouve en deçà de la température de consigne Tc souhaitée par l’utilisateur. L’unité 15 va alors fermer l’interrupteur 17 et l’élément résistif 13 est ainsi alimenté en tension d’alimentation Va (identique à la tension de consigne Vc) par l’alimentation électrique 5a du module 5 via le troisième quadrillage 25. L’élément résistif 13 apporte ainsi des calories à la cellule 7. La température mesurée Tt va progressivement augmenter jusqu’à ce que la température mesurée Tt coïncide avec la température de consigne Tc. Lorsque la température mesurée Tt coïncide avec la température de consigne Tc, alors la tension sonde Vt est égale à la tension de consigne Vc. Le comparateur 16 de l’unité 15 mesure donc une différence nulle et va alors ouvrir l’interrupteur 17 de l’unité 15. L’interrupteur 17 étant ouvert, l’élément résistif 13 n’est plus alimenté par l’alimentation électrique 5a. L’augmentation de la température mesurée Tt sera ainsi stoppée. Chaque cellule 7 du tapis 1 selon l’invention représente donc un système chauffant indépendant qui délivre un flux de chaleur grâce à une alimentation électrique provenant du module d’alimentation électrique 5a et une logique de commande au niveau des unités de contrôle 15. La logique de commande utilise le retour d’information d’une mesure de température Tt mesurée par les sondes 11 afin de faire coïncider la mesure de température Tt avec la température de consigne Tc choisie par l’opérateur au niveau du module de commande 5b. Ainsi, ladite au moins une unité 15 de chaque cellule 7 est configurée pour contrôler, indépendamment des autres cellules du tapis, le ou chaque élément 13 de cette cellule 7 en fonction d’un signal reçu de la ou de chaque sonde 11 de cette cellule 7 et comparé à une consigne prédéterminée transmise par le module 5. Le tapis 1 selon l’invention permet ainsi à un utilisateur, par l’intermédiaire du module 5, de programmer et modifier la température de chaque cellule 7 de manière indépendante et donc de chaque zone de la pièce 3 destinée à être chauffée. Il est par exemple possible, grâce à l’invention, de programmer des températures de consigne différentes dans les différentes cellules 7. En outre, ces températures de consignes peuvent être modifiées indépendamment et indéfiniment par l’utilisateur. Le flux de chaleur précis et régulé délivré par les cellules 7 du tapis 1 va permettre ainsi un chauffage homogène d’une multitude de pièce composite différente. Tapis chauffant (1) pour le chauffage d’une pièce (3) en particulier d’une turbomachine d’aéronef, ce tapis (1) étant déformable et comportant une face (1a) configurée pour épouser la pièce (3) et être appliquée contre cette pièce (3), caractérisé en ce qu’il comprend une structure multicouche comportant plusieurs couches polymériques superposées dans lesquelles sont noyés : une pluralité de sondes de température (11), une pluralité d’éléments résistifs de chauffage (13), une pluralité d’unités de contrôle (15) reliées aux sondes (11) et aux éléments (13), et des quadrillages de fils conducteurs configurés pour relier les sondes (11), les éléments (13) et les unités (15) entre eux ainsi qu’à un module (5) d’alimentation électrique (5a) et de commande (5b) du tapis chauffant (1). les sondes (11), les éléments (13) et les unités (15) étant organisés par cellules (7) disposées en matrice dans un plan principal du tapis, chacune de ces cellules (7) comportant au moins une desdites sondes (11), au moins un desdits éléments (13) et au moins une desdites unités (15), et ladite unité (15) de chaque cellule (7) étant configurée pour contrôler, indépendamment des cellules (7) des autres matrices, le ou chaque élément (13) de cette cellule en fonction d’un signal reçu de la ou de chaque sonde (11) de cette cellule (7) et comparé à une consigne prédéterminée transmise par ledit module (5). Tapis chauffant (1) selon la revendication 1, dans lequel la structure multicouche comprend entre 2 et 6 couches. Tapis chauffant (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la structure multicouche comprend : une première couche (31) comportant les sondes (11), et/ou une seconde couche (32) comportant les éléments (13), et/ou une troisième couche (33) comportant les unités (15), et/ou une ou plusieurs couches comportant lesdits quadrillages. Tapis chauffant (1) selon la revendication 3, dans lequel la structure multicouche comprend un nombre de couches supérieur ou égal au nombre de quadrillages. Tapis chauffant (1) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la structure multicouche comprend : une quatrième couche (34) comportant un premier quadrillage (21) de liaison des éléments (13) à une masse, une cinquième couche (35) comportant un second quadrillage (22) de liaison des unités de contrôle (15) audit module (5) en vue de la transmission de la consigne à ces unités (15), une sixième couche (36) comportant un troisième quadrillage (23) de liaison des sondes (11) et des éléments (13) audit module (5) en vue de leur alimentation électrique. Tapis chauffant (1) selon la revendication 5, dans lequel les couches sont superposées les unes sur les autres dans l’ordre croissant, de la première (31) à la sixième couche (36), la première couche (31) comportant une face libre (1a) définissant ladite face. Tapis chauffant (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacune des unités de contrôle (15) comprend un comparateur (16) comportant deux entrées (16a,16b) et une sortie (16c), une première (16a) de ses entrées étant reliée à l’un des quadrillages, une seconde (16b) de ses entrées étant reliée à la ou à chaque sonde (11) de la cellule (7) correspondante, et sa sortie (16c) étant reliée à un interrupteur (17) de liaison d’un autre des quadrillages à l’élément (13) ou à chaque élément (13) de cette cellule (7). Tapis chauffant (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacune des cellules (7) s’étend dans ledit plan sur une surface comprise entre 1 et 20mm², et de préférence entre 2 et 10mm². Procédé de chauffage d’une pièce (3) de turbomachine d’aéronef, comprenant l’application d’un tapis chauffant (1) selon l’une des revendications précédentes sur une face (3a) de cette pièce (3) et la commande desdits éléments (13) en fonction d’une consigne, de façon à chauffer la pièce (3) par conduction. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la pièce (3) est en matériau composite et comprend une résine polymérisable, le chauffage de la pièce (3) étant réalisé au cours de la polymérisation de la résine.