Brevet FR3123426A1 — publié le 20221202

Dispositif de mesure de l’épaisseur d’une accrétion de givre sur une surface et aéronef muni d’un tel dispositif La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure de l’accrétion de givre sur une surface (4) étudiée. Le dispositif comporte deux branches (10, 12), une première branche (10) et une deuxième branche (12), ladite deuxième branche (12) formant boitier pour loger un système (14) d’acquisition d’images disposé de manière à acquérir au travers d’un orifice (16) prévu à cet effet des images d’une partie de la surface de la première branche (10) à laquelle on s’intéresse, ladite surface (4) étudiée. Le dispositif permet ainsi de dissocier le support du système d’acquisitions d’images de celui de la surface étudiée sur laquelle s’accumule le givre. De ce fait, il est possible de placer la deuxième branche dans le sens de l’écoulement du flux F d’air s’écoulant le long de l’aéronef alors que la première branche le traverse. Figure de l’abrégé : Figure 2 DISPOSITIF DE MESURE DE L’EPAISSEUR D’UNE ACCRETION DE GIVRE SUR UNE SURFACE ET AERONEF MUNI D’UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne les dispositifs de mesure de la présence et de l’épaisseur de l’accrétion de givre sur une surface en temps réel et plus particulièrement ici sur la surface extérieure d’un aéronef (fuselage, voilure, empennage …). De la glace se forme par accrétion sur la surface de composants en relief par rapport à la surface extérieure d’aéronefs en vol comme par exemple la surface de sondes. Or l’accrétion de givre sur la surface d’un composant peut en altérer le fonctionnement. De plus il modifie le profil de l’aéronef auquel il est fixé et en augmente le poids. Il est donc important d’en étudier la formation notamment au cours d’essais en vol. La demande FR2882590 déposée par Airbus France décrit une sonde pour la mesure de l’épaisseur du givre sur la surface de l’aéronef. La présente invention vise à apporter une solution alternative. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de mesure de l’accrétion de givre sur une surface étudiée, caractérisé en ce qu’il comporte deux branches, une première branche et une deuxième branche, ladite deuxième branche formant boitier pour loger un système d’acquisition d’images disposé de manière à acquérir au travers d’un orifice prévu à cet effet des images d’une partie de la surface de la première branche à laquelle on s’intéresse, ladite surface étudiée. Le dispositif permet ainsi de dissocier le support du système d’acquisitions d’images de celui de la surface étudiée sur laquelle s’accumule le givre. De ce fait, il est possible de placer la deuxième branche dans le sens de l’écoulement du flux F d’air s’écoulant le long de l’aéronef alors que la première branche le traverse. Comme il sera vu plus loin, il est également possible de protéger le système d’acquisition contre toute formation de givre tout en laissant le givre se former sur la surface étudiée. L’invention prévoit au moins l’une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison . Les deux branches comportent respectivement des tubes rigides cylindriques. La première branche porte une plaque dont la surface orientée vers le système d’acquisition présente des repères permettant d’évaluer l’épaisseur du givre. La plaque se trouve dans un plan transversal orthogonal à l’axe longitudinal central du tube. Les repères se présentent sous la forme d’une échelle de mesure de longueurs correspondant à l’épaisseur de givre sur la surface étudiée . La plaque comprend un rétroéclairage différent suivant les phases de fonctionnement. La deuxième branche est munie d’un système de chauffage permettant de chauffer et/ou dégivrer au moins partiellement le boitier logeant le système d’acquisition d’images. Le système de chauffage comporte un système de régulation de température permettant de mesurer la température pour qu’elle soit suffisamment importante pour permettre le chauffage et/ou le dégivrage et pas trop pour ne pas détériorer le fonctionnement d’au moins le système d’acquisition d’images. La deuxième branche loge un dispositif émettant un faisceau laser permettant de faciliter la mesure de l’épaisseur de givre. La première branche comporte un coude la séparant en deux parties de part et d’autre de ce coude, l’une portant la deuxième branche et l’autre présentant la surface étudiée. L’axe Y de la deuxième branche fait un angle α d’environ 45 degrés avec l’axe X de la première branche portant la surface étudiée. La deuxième branche comporte plusieurs portions, une première portion fixée à la première branche, une deuxième portion associée de manière démontable à la première et logeant le système d’acquisition et une troisième portion associée de manière démontable à la deuxième et fermant le boitier. L’extrémité libre de la deuxième branche présente une forme dont le périmètre décroit continument jusqu’à son extrémité libre. La première branche comprend un dispositif d’éclairage du givre pour le rendre lumineux. La présente invention concerne également un aéronef comprenant un dispositif de mesure comprenant une ou plusieurs des caractéristiques présentées précédemment dans lequel la base de la première branche à l’une des extrémités libres est fixée à l’aéronef de manière que la surface étudiée traverse le flux d’air F s’écoulant le long de ladite surface extérieure. Selon une forme de réalisation possible, la deuxième branche se trouve dans la direction dudit flux d’air F de manière à éviter au maximum les turbulences. D'autres buts, caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l’invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement non limitatif, en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : est une vue en perspective simplifiée d’une pointe avant d’un aéronef en vol comportant un dispositif de mesure selon la présente invention ; est une vue en perspective schématique d’un dispositif de mesure selon la présente invention. Comme représenté sur les figures 1 et 2, la présente invention se rapporte à dispositif 2 de mesure de l’épaisseur d’une accrétion de givre sur une surface dudit dispositif, que l’on appellera surface 4 étudiée lors d’un vol d’un aéronef 8. Le dispositif comprend une première et une deuxième branches 10, 12 dont l’une d’elle, dans la forme illustrée la première branche 10, est fixée à la surface 6 d’un aéronef 8. La première branche 10 forme une saillie par rapport à la surface 6 de l’aéronef. La première branche 10 simule les composants qui s’étende en relief par rapport à la surface de l’aéronef et qui sont sujets à l’accrétion de givre. La première branche 10 traverse le flux d’air F s’écoulant le long de la surface 6 extérieure de l’aéronef 8 (représenté par une flèche F sur la ) et une partie de sa surface correspond à la surface 4 étudiée. La deuxième branche 12 forme boitier pour loger un système 14 d’acquisition d’images représenté schématiquement sur la disposé de manière à acquérir au travers d’un orifice 16 prévu à cet effet des images de la surface 4 étudiée. Les images peuvent être des photos, une succession de photos formant une vidéo, des ensembles de points mesurés en trois dimensions à savoir tout type d’image permettant d’appréhender la forme de la surface au moins partiellement. La forme est entendue dans un sens très large et peut couvrir par exemple le contour global ou un profil. L’orifice 16 peut être un trou traversant ouvert par lequel l’air passe ou fermé par un panneau fait de matériau permettant l’acquisition d’image par exemple un matériau transparent tel qu’une vitre. La première branche 10 présente une enveloppe oblongue. Dans la forme illustrée, la première branche 10 comporte un tube 17 et dans la forme de réalisation illustrée de forme cylindrique de section circulaire. La forme de la branche pourrait être différente. La première branche est creuse pour laisser passer les fils/câbles nécessaires au fonctionnement des divers composants décrits ci-après. Cependant elle pourrait être pleine ou partiellement creuse dans le cas de l’utilisation de technologie sans fils ou de composants ne nécessitant pas d’alimentation ou de connexion avec un système de commande. La première branche 10 est constituée d’un ou plusieurs matériaux lui donnant une structure rigide lui permettant d’être suffisamment solide pour résister au flux F et ne pas se déformer ou que très légèrement. Le tube 17 dans l’exemple illustré est fait de métal comme l’aluminium. La première branche 10 comporte un coude 18 la séparant en deux parties 20, 22 de part et d’autre de ce coude, l’une 20 portant la deuxième branche 12 et l’autre 22 présentant la surface 4 étudiée. L’axe Y longitudinal central de la deuxième branche 12 et notamment la portion portant le système d’acquisition fait un angle α d’environ 45 degrés avec l’axe longitudinal central X de la première branche 10 et plus particulièrement de la partie 22 de la deuxième branche portant la surface 4 étudiée. La longueur de la deuxième branche 12, le positionnement de l’orifice 16 ainsi que du système 14 d’acquisition ainsi que l’angle α sont déterminés de manière qu’une fois le système d’acquisition positionné dans la deuxième branche, l’ensemble de la surface 4 étudiée soit couvert. Il n’y a ensuite plus besoin de réglage. Le dispositif peut être retiré, réutilisé sans besoin d’ajustement pour couvrir la surface 4. La première branche 10 peut comprendre un système 19 de dégivrage permettant de retirer le givre pour toute nouvelle utilisation. Il ne sera pas décrit plus en détail ; de nombreuses formes de réalisation sont aujourd’hui connues comme par exemple à l’aide de résistances 21 de dégivrage. Dans la forme illustrée, le système 19 de dégivrage, à savoir ici l’ensemble des résistances 21, est connecté à un système 23 de commande par des fils 25 parcourant l’intérieur du tube 17. Le système 23 de commande est dans la forme illustrée représenté dans l’aéronef mais toute autre configuration pourrait être possible comme un système de commande au sol. Le système 19 peut comporter un système de régulation ainsi que de limitation en température pour assurer la sécurité du dispositif de mesure. La première branche 10 porte une plaque 24 dont la surface 26 orientée vers le système 14 d’acquisition et la surface 8 extérieure de l’aéronef présente des repères 28 permettant d’évaluer l’épaisseur du givre sur la surface 4. La plaque 24 et son système de repères 28 accompagnent le système 14 d’acquisition de photos ou vidéos (caméra 14) pour améliorer leur analyse visuelle que ce soit par un être humain ou un algorithme d’une machine. Dans d’autres formes de réalisation par exemple utilisant des technologies à laser pour le système d’acquisition (profilomètre, lidar de relevé en trois dimensions …), la plaque à repères ne serait plus nécessaire. Les repères 28 peuvent être réalisés de différentes façons. Dans la forme illustrée, la plaque 24 se présente sous forme d’un disque mais pourrait revêtir toute autre forme. La plaque 24 se trouve à l’une des extrémités 29 libres de la première branche, l’autre extrémité 31 étant destinée à être fixée à une paroi telle que celle du fuselage de l’aéronef. Les repères 28 se présentent sous la forme d’une échelle de mesure de longueurs correspondant à l’épaisseur de givre sur la surface étudiée. Dans la forme illustrée, la plaque 24 se trouve dans un plan transversal orthogonal à l’axe X longitudinal central du tube 17 ; les repères 28 se présentent sous forme de cercles 30 (30’, 30’’, 30’’’ sur la ) concentriques de diamètres différents. Chaque cercle 30 correspond à une épaisseur déterminée de givre sur la surface 4 étudiée de la première branche. Les cercles 30 peuvent être par exemple peints sur la plaque 24 d’une couleur vive que l’œil distingue aisément. La visibilité des cercles peut être accentuée en prévoyant un système de rétroéclairage. Selon un exemple possible, le système de rétroéclairage peut être réalisé à partir de diodes électroluminescentes. Lorsque le système 19 de dégivrage de la première branche est enclenché, le système de rétroéclairage passe d’un mode d’éclairage continue à un mode discontinue de type clignotement pour prévenir l’équipage que le dégivrage a bien été déclenché. Le rétroéclairage est différent suivant la phase de fonctionnement du dispositif de mesure : il indique suivant le rétroéclairage choisi dans quelle phase se trouve le dispositif de mesure (mesure, dégivrage, anomalie, surchauffe …). La première branche 10 peut également comprendre un dispositif 15 d’éclairage de la glace permettant de la rendre lumineuse pour en faciliter la mesure de surface. Le dispositif d’éclairage pourrait comprendre par exemple des diodes électroluminescentes fixées sur la surface étudiée de la première branche. La deuxième branche 12 présente une enveloppe oblongue. Dans la forme illustrée, elle comprend un tube 32 rigide formant boitier pour loger le système 14. Dans l’exemple illustré, le tube 32 présente une forme cylindrique de section circulaire. La forme de la branche pourrait être différente et la deuxième branche 12 pourrait par exemple comprendre une surface plate pour améliorer l’aérodynamique. La deuxième branche est donc creuse pour laisser passer les fils/câbles nécessaires au fonctionnement des divers composants tels que le système d’acquisition ou d’autres composants décrits ci-après. Cependant elle pourrait être pleine ou partiellement creuse dans le cas de l’utilisation de technologie sans fils ou de composants ne nécessitant pas d’alimentation ou de connexion avec un système de commande. Comme le tube 17, le tube 32 est constitué d’un ou plusieurs matériaux lui donnant une structure rigide lui permettant d’être suffisamment solide pour résister au flux F et ne pas se déformer ou que très légèrement. Dans l’exemple illustré, le tube 32 est fait de métal comme l’aluminium. Dans l’exemple illustré, le système 14 est une caméra 14 de préférence de haute définition disposée de manière à acquérir au travers de l’orifice 16 prévu à cet effet des images de la surface 4 étudiée sur la première branche. Comme vu précédemment, la caméra n’est qu’un exemple. L’image peut être selon un autre exemple un ensemble de points et le système 14 à technologie lidar. L’image pourrait également être produite par un profilomètre. Dans l’exemple illustré, la caméra 14 est fixée à l’intérieur du tube 32 de manière à couvrir toute la surface 4 étudiée. La caméra 14 est connectée au système de commande 23 et peut être connectée à un dispositif de stockage des images et/ou à un ou plusieurs écrans de visualisation prévus dans le cockpit ou ailleurs à l’aide de fils/câbles 33 cheminant le long des premières et deuxièmes branches et traversant le fuselage ou à l’aide de technologies sans fils communément utilisées de nos jours. Le tube 32 loge un dispositif 34 émettant un faisceau laser 36 représenté en pointillé sur la permettant de faciliter la mesure de l’épaisseur de givre en visualisant une ligne sur la surface de la glace. La deuxième branche 12 est munie d’un système 38 de chauffage, visible sur la , permettant de chauffer et/ou dégivrer au moins partiellement le boitier logeant le système 14 d’acquisition d’images. Dans le cas d’une caméra 14, le chauffage permet d’éviter l’obstruction de la lentille par le givre. Dans la forme illustrée, le système 38 de chauffage se présente sous la forme d’une pluralité de résistances 40 électriques chauffantes réparties à l’intérieur du tube 32. Le système de chauffage 38 comporte un système de régulation de température 42 permettant de mesurer la température à l’intérieur du tube 32 à proximité du système 14 d’acquisition d’images et la réguler pour qu’elle soit suffisamment importante pour permettre la protection des composants ou un possible dégivrage nécessaire mais pas trop pour éviter toute surchauffe pouvant conduire à la détérioration du fonctionnement du système 14 et/ou d’autres composants intégrés au tube 32. Le système de régulation 42 est de type connu utilisant sonde de température, thermocontact ou tout autre moyen. La deuxième branche 12 comporte plusieurs portions 44, 46, 48 : une première portion 44 fixée à la première branche 10, une deuxième portion 46 associée de manière démontable à la première 44 et logeant le système 14 d’acquisition et d’autres composants comme vu plus haut et une troisième portion 48 associée de manière démontable à la deuxième 46 et fermant le boitier. La première et la deuxième portion pourrait être faites d’un seul bloc. La deuxième et la troisième portion pourrait également être faites d’un seul bloc. Prévoir plusieurs blocs se fixant les uns aux autres de manière démontable facilite l’intervention en cas de panne ou de changement de composant concernant le système 38 de chauffage, le dispositif 34 laser ou encore le système de régulation de température 42 ou tout autre composant additionnel se trouvant à l’intérieur du boitier. Les trois portions pourraient également être faites d’un seul bloc et la deuxième branche pourrait alors comporter une trappe d’accès aux composants logés à l’intérieur du boitier. Le terme démontable signifie qu’il est possible de séparer les portions indépendantes l’une de l’autre sans les détériorer et de les joindre à nouveau sans que leur système d’accouplement n’en soit dégradé. Dans la forme illustrée, les portions 44 et 46 ainsi que 46 et 48 s’imbriquent l’une à l’autre pour être fixées par emboitement. La première portion 44 est fixée à la première branche 10 de manière démontable ou de manière à ne former qu’une seule pièce avec elle. L’extrémité libre de la deuxième branche, opposée à celle en lien avec la première branche, et dans le cas où la deuxième branche comporte trois portions, l’extrémité libre de la troisième portion 48 présente une forme dont le périmètre décroit continument jusqu’à son extrémité libre ; dans la forme illustrée, la troisième portion 48 présente une forme effilée, en pointe arrondie, émoussée. Le dispositif 2 de mesure fonctionne de la manière suivante. Il est fixé à la surface 6 extérieure de l’aéronef 8. Dans l’exemple illustré sur la , le dispositif est fixé près d’une vitre 50 du cockpit derrière celle-ci longitudinalement. Il est fixé par l’une des extrémités 31 libres à l’aéronef de manière que la surface 4 étudiée traverse le flux d’air F s’écoulant le long de la surface 6 extérieure. La deuxième branche 12 et en particulier l’axe Y longitudinal se trouve dans la direction du flux d’air F de manière à éviter au maximum de créer des turbulences qui pourraient perturber les mesures. La forme effilée du troisième tronçon 48 permet également de limiter ces perturbations. Le pilote, l’ingénieur navigant ou toute autre personne met le système 38 de chauffage en fonctionnement de manière à protéger tous les composants intégrés au tube 32 de la première branche contre les températures froides en altitude voire au sol. Le système 38 de chauffage peut aussi se déclencher automatiquement en prévoyant un capteur de température permettant de l’enclencher à une température seuil et l’interrompre quand la température repasse au-dessus de cette température seuil. Lorsque le pilote ou l’ingénieur navigant (ou toute autre personne) le souhaite, il déclenche le fonctionnement du système 14 d’acquisition d’images ; le déclenchement peut également être réalisé automatiquement suivant l’altitude atteinte par l’aéronef ou la phase de vol pré enregistrée ou tout autre paramètre. A l’aide de l’image reçue et du faisceau 36 laser, le pilote, l’ingénieur navigant ou toute autre personne peut évaluer l’épaisseur du givre au moyen de l’échelle de mesures. Les images sont également collectées pour une analyse par ordinateur. Le traitement des images est automatique et peut utiliser de l’intelligence artificielle comme l’apprentissage automatique. En analysant les images une fois collectée, il est également possible d’évaluer la vitesse à laquelle le givre s’accumule suivant les conditions météorologiques et bien d’autres paramètres. Lorsque le test est terminé, il est possible de remettre le dispositif 2 en condition d’utilisation pour un autre test grâce au système 19 de dégivrage de la première branche 10 : il permet de débarrasser complètement la surface 4 étudiée de toute présence de givre pour être prête pour d’autres évaluations. Le dispositif 2 de mesure décrit est particulièrement avantageux du fait d’intégrer le système d’acquisition d’images de la surface mesurée. Il permet d’avoir un angle de vue pour le système d’acquisition constant permettant utilisation et réutilisation sans avoir à le régler. La lecture est simple à l’aide des repères 28 sur la plaque 24 ici en forme de disque et du faisceau 36 laser. Grâce à la qualité des images des caméras actuelles, il est possible en plus de l’épaisseur du givre, de sa vitesse d’accumulation d’obtenir des informations sur la température et les conditions extérieures en fonction de la couleur du givre (de transparent à blanc opaque). La possibilité de démonter en plusieurs parties la deuxième branche 12 permet un accès aisé aux composants intégrés dans celle-ci pour en faciliter la maintenance ou le remplacement en cas de panne. Elle permet aussi de changer la branche 12 pour en prévoir une plus longue ou plus courte ou intégrant des composants différents, par exemple ayant évolués. En intégrant tous les éléments nécessaires au test, il est facile et rapide de retirer le système une fois celui-ci terminé. Dispositif de mesure de l’accrétion de givre sur une surface (4) étudiée, caractérisé en ce qu’il comporte deux branches (10, 12), une première branche (10) et une deuxième branche (12), ladite deuxième branche (12) formant boitier pour loger un système (14) d’acquisition d’images disposé de manière à acquérir au travers d’un orifice (16) prévu à cet effet des images d’une partie de la surface de la première branche (10) à laquelle on s’intéresse, ladite surface (4) étudiée. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux branches (10, 12) comportent respectivement un tube (17, 32) rigide cylindrique. Dispositif de mesure selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en que la première branche (10) porte une plaque (24) dont la surface (26) orientée vers le système (14) d’acquisition présente des repères (28) permettant d’évaluer l’épaisseur du givre. Dispositif de mesure selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite plaque (24) se trouve dans un plan transversal orthogonal à l’axe longitudinal central du tube (10). Dispositif de mesure selon l’une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les repères (28) se présentent sous la forme d’une échelle de mesure de longueurs correspondant à l’épaisseur de givre sur la surface (4) étudiée. Dispositif de mesure selon l’une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la plaque (24) comprend un rétroéclairage différent suivant les phases de fonctionnement. Dispositif de mesure selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la deuxième branche (12) est munie d’un système de chauffage (38) permettant de chauffer et/ou dégivrer au moins partiellement le boitier logeant le système (14) d’acquisition d’images. Dispositif de mesure selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la deuxième branche (12) loge un dispositif (34) émettant un faisceau laser (36) permettant de faciliter la mesure de l’épaisseur de givre. Dispositif de mesure selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la première branche (10) comporte un coude (18) la séparant en deux parties (20, 22) de part et d’autre de ce coude, l’une portant la deuxième branche (12) et l’autre présentant la surface (4) étudiée. Dispositif de mesure selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l’axe Y, axe longitudinal central de la deuxième branche (12) fait un angle α d’environ 45 degrés avec l’axe X, axe longitudinal central de la première branche (10) portant la surface (4) étudiée. Dispositif de mesure selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la deuxième branche (12) comporte plusieurs portions, une première portion (44) fixée à la première branche (10), une deuxième portion (46) associée de manière démontable à la première (44) et logeant le système (14) d’acquisition et une troisième portion (48) associée de manière démontable à la deuxième (46) et fermant le boitier. Dispositif de mesure selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l’extrémité libre de la deuxième branche (12) présente une forme dont le périmètre décroit continument jusqu’à son extrémité libre. Dispositif de mesure selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la première branche (10) comprend un dispositif d’éclairage (15) du givre pour le rendre lumineux. Aéronef comprenant un dispositif de mesure selon l’une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la base de la première branche (10) à l’une des extrémités libres (31) est fixée à l’aéronef de manière que la surface (4) étudiée traverse le flux d’air F s’écoulant le long d’une surface extérieure (6) de l’aéronef. Aéronef selon la revendication 14, caractérisé en ce que la deuxième branche (12) se trouve dans la direction dudit flux d’air F de manière à éviter au maximum les turbulences.