Brevet FR3154981A1 — publié le 20250509

Ce dispositif de dégivrage pour un élément de moteur (6, 9) d’aéronef comprend au moins une canalisation (10) d’air chaud et des moyens de distribution (11) d’air chaud en relation d’échange thermique avec l’élément du moteur (6, 9). Il comprend en outre un ensemble de réchauffeurs électriques en relation d’échange thermique avec ladite canalisation (10) d’air chaud ou les moyens de distribution d’air chaud. Figure pour l’abrégé : Fig 1 DISPOSITIF DE DEGIVRAGE POUR ELEMENT D’UN MOTEUR D’AERONEF La présente invention concerne le domaine du dégivrage de surfaces et particulièrement le dégivrage d’un élément d’un moteur d’un aéronef. Au sol ou en vol, les aéronefs peuvent être amenés à fonctionner dans des conditions givrantes. En effet, sous certaines conditions, l’atmosphère contient des gouttelettes d’eau en surfusion qui peuvent se déposer sur différentes surfaces de l’aéronef, et particulièrement sur différentes surfaces du moteur de l’aéronef. Ces gouttelettes, transportées par le flux d’air, vont en particulier être ingérées par le moteur et se déposer sur les différentes surfaces exposées au flux, par exemples les aubes de la soufflante ou du compresseur, ou le bec de séparation entre le flux primaire et le flux secondaire pour un turboréacteur à double flux. En fonction des conditions thermodynamiques locales ou de la forme de la veine aérodynamique, ces gouttelettes peuvent alors se transformer en givre et entraîner de graves conséquences sur le fonctionnement du moteur. En effet, il y a des risques d’obstruction des entrées d’air, des risques de détachement de la glace accumulée endommageant les pièces environnantes, un risque d’extinction de la chambre de combustion du moteur… Dans un turboréacteur à double flux pour aéronef, il peut être prévu un système de protection contre le givre pour protéger le bec de séparation. Ce système est situé en amont d’un compartiment localisé entre une veine primaire recevant un flux d’air primaire, et une veine secondaire recevant un flux d’air secondaire. Ce système est typiquement alimenté par un prélèvement d’air chaud sur un étage du compresseur à haute pression de la veine primaire. Le flux d’air, une fois chauffé par sa compression jusqu’à l’étage de prélèvement, circule dans un ensemble de canalisations, et permet de réchauffer le bec de séparation par échanges convectifs. Cet ensemble de canalisations comprend notamment une canalisation principale, dotée d’une vanne, qui permet le transport de l’air chaud jusqu’à une rampe de distribution sur laquelle sont disposées plusieurs bouches de répartition, dispersant l’air chaud sur l’ensemble du bec de séparation. Les portions du bec de séparation situées juste en face des bouches de répartition reçoivent naturellement plus de chaleur que les portions qui en sont le plus éloignées. De plus, le long de la rampe de distribution de l’air chaud, la pression et la température de l’air diminuent (déperditions de chaleur et pertes par frottements), amplifiant l’hétérogénéité de la température sur l’ensemble du bec de séparation. Cette hétérogénéité est une problématique importante. En effet, un système de protection contre le givre doit garantir un flux d’air chaud interne suffisamment élevé pour éviter l’apparition de givre sur les points les plus froids du bec de séparation. Pour ce faire, le système doit notamment être dimensionné afin de garantir un flux de chaleur interne suffisamment élevé pour éviter l’apparition de givre sur les points les plus froids. Par ailleurs, un système de protection contre le givre doit être dimensionné sur une plage assez large de régimes de fonctionnement du moteur. Sur des régimes de ralenti, les échanges convectifs externes sont modérés, mais les débits et températures de l’air prélevé sont plus faibles. A l’inverse, sur des régimes plus élevés, les échanges convectifs externes sont importants, mais les débits et températures de l’air prélevé sont plus élevés. En remplacement des systèmes de protection contre le givre basés sur une circulation d’air chaud, il a été envisagé, pour chauffer de manière efficace et homogène l’ensemble de l’élément du moteur à dégivrer, d’utiliser des réchauffeurs électriques. Toutefois, de tels réchauffeurs présentent des contraintes d’intégration majeures. Ils doivent en effet être au plus près possible dudit élément. Cependant, ceci est complexe à réaliser, pour des réchauffeurs de forte puissance, lorsque l’élément à dégivrer est une fine surface ou une zone ayant un petit rayon de courbure. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités et, en particulier, de proposer un système de protection contre le givre permettant d’homogénéiser la température sur l’élément du moteur à protéger contre le givre. L’invention a donc pour objet un dispositif de dégivrage pour un élément de moteur d’aéronef comprenant au moins une canalisation d’air chaud et des moyens de distribution d’air chaud en relation d’échange thermique avec l’élément du moteur. Il comprend un ensemble de réchauffeurs électriques en relation d’échange thermique avec ladite canalisation d’air chaud ou les moyens de distribution d’air chaud. Avantageusement, les moyens de distribution comprennent une rampe de distribution et un ensemble de conduites débouchant dans une cavité de l’élément du moteur. Selon un mode de réalisation, l’élément du moteur est un bec de séparation entre un flux d’air primaire et un flux d’air secondaire, la rampe étant une rampe annulaire s’étendant dans la périphérie du bec de séparation. Selon un autre mode de réalisation, l’élément du moteur est une aube. Optionnellement, la rampe est une rampe de distribution d’air chaud qui communique avec les différentes aubes de la soufflante ou du compresseur. Selon un mode de réalisation, les réchauffeurs électriques comprennent chacun une surface chauffante enveloppante positionnée sur la canalisation ou sur les moyens de distribution d’air chaud. Selon un autre mode de réalisation, les réchauffeurs électriques comprennent chacun au moins un fil résistif, enroulé autour de la canalisation ou atour des moyens de distribution d’air chaud, ou intégré dans la canalisation ou dans les moyens de distribution d’air chaud à l’aide de rainures. Les réchauffeurs électriques sont alimentés électriquement par un élément d’alimentation électrique, ledit élément d’alimentation comprenant un alternateur à aimants permanents intégré dans l’aéronef, ou un générateur dédié à l’alimentation des réchauffeurs électriques. Avantageusement, les réchauffeurs électriques sont configurés pour pouvoir être mis en marche ou sur pause. L’invention a encore pour objet un aéronef comprenant un dispositif de dégivrage 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 : - La FIG. 1 est une vue en coupe partielle d’un moteur d’aéronef équipé d’un dispositif de dégivrage pour élément du moteur ; - La FIG. 2 est une vue schématique d’un premier mode de réalisation d’un dispositif de dégivrage pour élément d’un moteur d’aéronef ; - La FIG. 3 est une vue schématique d’un deuxième mode de réalisation d’un dispositif de dégivrage pour élément d’un moteur d’aéronef ; - La FIG. 4 est une vue schématique d’un troisième mode de réalisation d’un dispositif de dégivrage pour élément d’un moteur d’aéronef ; et - La FIG. 5 est une vue schématique d’un quatrième mode de réalisation d’un dispositif de dégivrage pour élément d’un moteur d’aéronef. Description détaillée Sur la FIG. 1 , on a représenté une partie d’un moteur d’un aéronef, désigné par la référence numérique générale 1, constitué ici par un turboréacteur à double flux. Tel qu’illustré, le moteur comporte, de manière conventionnelle, au moins une entrée d’air 2 équipée d’une soufflante 3, un compresseur à basse pression 4, un compresseur à haute pression 5, et un bec de séparation 6, placé en amont d’un compartiment inter-veines 7, assurant la séparation du flux d’air admis en entrée 2 du moteur entre un flux primaire F1 et un flux secondaire F2. Le moteur est par ailleurs équipé d’un dispositif de dégivrage 8 assurant la protection contre le givre d’un élément à dégivrer. Selon le mode de réalisation illustré sur la FIG. 1 , l’élément à dégivrer est constitué par le bec de séparation 6 entre le flux d’air primaire F1 et le flux d’air secondaire F2. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l’invention lorsque l’élément du moteur à dégivrer est un autre élément du moteur, par exemple une aube 9 de soufflante 3 ou de compresseur 4, 5. Le dispositif de dégivrage 8 comprend au moins une canalisation 10 qui s’étend entre un compartiment interne du turbomoteur dans lequel circule le flux primaire et l’élément à dégivrer, et des moyens de distribution 11 d’air chaud, illustrés sur la FIG. 2 . Les moyens de distribution 11 d’air chaud comprennent une rampe de distribution 12 et un ensemble de conduites 13 débouchant dans une cavité 14 de l’élément à dégivrer. La canalisation 10 débouche d’un côté directement sur la rampe de distribution 12 et de l’autre côté sur le compresseur haute pression 5. Selon le mode de réalisation illustré sur la FIG. 1 , la rampe de distribution 12 est une rampe annulaire qui s’étend dans la périphérie du bec de séparation 6 du moteur. En fonctionnement, le compresseur haute pression 5 assure la compression du flux d’air primaire F1 en augmentant la pression et la température de ce flux d’air. Cet air chauffé est acheminé vers la cavité 14 de l’élément à dégivrer via la canalisation 10 et les moyens de distribution 11 d’air chaud. Une vanne 15 représentée sur la FIG. 1 , permet de réguler l’entrée d’air chaud dans la canalisation 10. L’air réchauffe et dégivre ainsi en partie l’élément par échanges convectifs. Les portions de l’élément se trouvant en face des conduites 13 sont chaudes. En revanche, les portions de l’élément qui ne se trouvent pas en face des conduites 13 sont relativement froides. En outre, la pression et la température de l’air transporté le long de la rampe de distribution 12 diminuent lorsque l’air s’éloigne de la canalisation 10. La température de l’élément à dégivrer n’est ainsi pas homogène. Il est important que celle-ci soit suffisamment homogène pour éviter que certaines portions de l’élément soient froides et provoquent l’apparition de givre. Ainsi, pour que la température de l’élément soit homogène, le dispositif de dégivrage 8 comprend également un système de chauffage électrique qui comprend notamment des réchauffeurs électriques 16, comportant, par exemple des tapis chauffants ou des fils résistifs, positionnés au niveau des moyens de distribution 11 ou sur la canalisation 10. Les réchauffeurs électriques 16 permettent également de réchauffer l’élément à dégivrer par échanges convectifs. Les réchauffeurs électriques 16 sont alimentés électriquement par un élément d’alimentation électrique. Selon les modes de réalisation, l’élément d’alimentation électrique comprend un alternateur à aimants permanents intégré dans l’aéronef ou un générateur dédié à l’alimentation des réchauffeurs électriques 16. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l’invention lorsque l’élément d’alimentation présente une structure différente. Par exemple, les réchauffeurs électriques 16 comportent chacun un tapis chauffant, consistant en une surface chauffante enveloppante comportant une couche électriquement résistive et destinée à envelopper, c’est-à-dire à entourer avec contact, un élément à réchauffer. Une telle surface chauffante est positionnée sur la canalisation 10 ou sur les moyens de distribution 11 d’air chaud. Selon un autre mode de réalisation, les réchauffeurs électriques 16 comportent chacun au moins un fil résistif enroulé autour de la canalisation 10 ou autour des moyens de distribution 11 d’air chaud. Il peut également être intégré dans la canalisation 10 ou dans les moyens de distribution 11 d’air chaud à l’aide de rainures. Si besoin, la canalisation 10, les moyens de distribution 11 et autres conduites du dispositif de dégivrage 8 comportent une protection thermique permettant d’éviter le chauffage des équipements environnants. Pour une efficacité optimale, il s’agit de placer les réchauffeurs électriques 16 au plus proche de l’élément à dégivrer et en particulier au niveau de ses portions les plus froides. Cependant, selon la complexité géométrique de l’élément à dégivrer, les réchauffeurs électriques 16 peuvent être placés à différents endroits stratégiques. La FIG. 2 illustre un premier mode de réalisation du dispositif de dégivrage 8, dans lequel le dispositif de dégivrage 8 comporte quatre réchauffeurs électriques 16, dont deux sont positionnés aux extrémités de la rampe de distribution 12, et deux sont positionnés sur les conduites 13 les plus éloignées de la canalisation 10. Cela permet effectivement de chauffer les portions froides de l’élément, qui sont les plus éloignées de la canalisation 10 d’air chaud. Selon un deuxième mode de réalisation du dispositif de dégivrage 8 illustré sur la FIG. 3 , la canalisation 10 débouche sur une extrémité de la rampe de distribution 12. Ainsi, les premières conduites 13 débouchant dans la cavité 14 de l’élément à dégivrer sont plus chaudes que celles qui sont au niveau de l’autre extrémité de la rampe de distribution 12. Deux réchauffeurs électriques 16 sont donc positionnés sur l’extrémité de la rampe de distribution 12 la plus éloignée de la canalisation 10 et deux autres réchauffeurs électriques 16 sont positionnés sur les deux conduites 13 les plus éloignées de la canalisation 10 d’air chaud. Par conséquent, les portions froides de l’élément sont chauffées par les réchauffeurs électriques 16, et dégivrées. La FIG. 4 propose un troisième mode de réalisation du dispositif de dégivrage 8, dans lequel le dispositif de dégivrage 8 comporte trois réchauffeurs électriques 16 positionnés en série sur la canalisation 10 qui débouche sur une extrémité de la rampe de distribution 12. Les portions de l’élément les plus éloignées de la canalisation 10 sont moins chauffées que les portions les plus proches de la canalisation 10. Les réchauffeurs électriques 16 permettent de chauffer davantage les portions relativement froides de l’élément à dégivrer. Selon un quatrième mode de réalisation du dispositif de dégivrage 8 illustré sur la FIG. 5 , les éléments à dégivrer sont les aubes 9 de la soufflante 3 ou d’un compresseur 4, 5 d’un moteur d’aéronef. Une canalisation 10 débouche sur une rampe de distribution 12 qui, elle-même, distribue l’air chaud dans chaque conduites 13. Les conduites 13 les plus éloignées de la canalisation 10 distribuent de l’air chaud aux aubes 9 les plus éloignées de la canalisation 10 grâce à quatre réchauffeurs électriques 16 qui sont positionnés sur la rampe de distribution 12, au niveau des conduites 13 les plus éloignées de la canalisation 10. Dans les divers modes de réalisation décrits précédemment, le dispositif de dégivrage 8 est associé à un système de régulation et les réchauffeurs électriques 16 sont configurés pour pouvoir être mis en marche ou en pause par le système de régulation en fonction de différentes conditions de fonctionnement du moteur et notamment selon les régimes du moteur de l’aéronef. Les réchauffeurs électriques 16 peuvent, par exemple être mis en marche sur des régimes critiques, spécifiquement sur des régimes de ralenti, et être mis en pause lorsque seule la chaleur produite par le système air chaud suffit à dégivrer l’élément à dégivrer. L’augmentation de la température de l’air en sortie des conduites 13 se calcule selon l’équation suivante : dT air = P elec / Q air / Cp air (1) avec P elec la puissance apportée par le ou les réchauffeurs électriques 16, Q air le débit massique des conduites 11, et Cp air la capacité thermique massique de l’air circulant dans les conduites. Le système de chauffage électrique est plus avantageux pour compenser un défaut d’efficacité sur des bas régimes qui impliquent une pression et une température de l’air plus faibles au niveau du prélèvement, et donc une puissance de dégivrage disponible réduite. On a représenté sur les figures 2, 3 et 4 l’évolution de la température dans la cavité 14, en fonction de la position angulaire θ dans la cavité 14, lorsque les réchauffeurs électriques 16 sont en marche (courbe 16a) ou en pause (courbe 16b). Sur la FIG. 2 , la température de l’ensemble de la cavité 14 de l’élément à dégivrer est à peu près homogène lorsque les réchauffeurs électriques 16 sont mis en marche (courbe 16a). Lorsque les réchauffeurs électriques 16 sont mis sur pause 16b, une chute de la température apparaît aux extrémités de la cavité 14 de l’élément à dégivrer. Dans cet exemple, on considère que les réchauffeurs électriques 16 ont une puissance de l’ordre de quelques W/cm². Ils permettent ainsi une augmentation du flux de chaleur interne de 10% à 25% au niveau de l’élément à dégivrer, et permettent de compenser les hétérogénéités de température d’une conduite 13 à l’autre de 1°C à 5°C. Selon le deuxième mode de réalisation illustré sur la FIG. 3 , la température de l’ensemble de la cavité 14 est sensiblement constante lorsque les réchauffeurs électriques 16 sont en marche (courbe16a), tandis que lorsque les réchauffeurs 16 sont en pause (courbe 16b), la température de la cavité 14 chute sur l’extrémité de la cavité 14 opposée à la canalisation 10. Finalement, en référence à la FIG. 4 qui représente un troisième mode de réalisation, la température de l’ensemble de la cavité 14 est sensiblement constante à la fois lorsque les réchauffeurs électriques 16 sont mis en marche (courbe 16a) et à la fois lorsqu’ils sont mis sur pause (courbe 16b). Cependant, lorsque les réchauffeurs électriques 16 sont mis en marche, la température de la cavité 14 augmente puisque les réchauffeurs électriques 16 apportent davantage de chaleur, permettant ainsi de mieux dégivrer l’ensemble de l’élément. Ces graphiques montrent l’avantage de l’implémentation des réchauffeurs électriques 16 dans un dispositif de dégivrage 8 permettant d’améliorer un système de dégivrage d’aéronef classique. En outre, le dispositif de dégivrage 8 comportant un système de chauffage électrique peut être utilisé pour corriger un problème de conception du système air chaud identifié tardivement dans la phase de conception du moteur de l’aéronef. Dispositif de dégivrage (8) pour un élément de moteur (6, 9) d’aéronef, comprenant au moins une canalisation (10) d’air chaud et des moyens de distribution (11) d’air chaud en relation d’échange thermique avec l’élément du moteur (6, 9), caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble de réchauffeurs électriques (16) en relation d’échange thermique avec ladite canalisation (10) d’air chaud ou les moyens de distribution (11) d’air chaud. Dispositif de dégivrage (8) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de distribution (11) comprennent une rampe de distribution (12) et un ensemble de conduites (13) débouchant dans une cavité (14) de l’élément du moteur (6, 9). Dispositif de dégivrage (8) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel l’élément du moteur (6, 9) est un bec de séparation (6) entre un flux d’air primaire (F1) et un flux d’air secondaire (F2), la rampe de distribution (12) étant une rampe annulaire s’étendant dans la périphérie du bec de séparation (6). Dispositif de dégivrage (8) selon l’une des revendications 1 et 2 dans lequel l’élément du moteur (6, 9) est une aube (9). Dispositif de dégivrage (8) selon la revendication 4, dans lequel la rampe (12) est une rampe de distribution d’air chaud qui communique avec les différentes aubes (9) de la soufflante (3) ou du compresseur (4, 5). Dispositif de dégivrage (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les réchauffeurs électriques (16) comprennent chacun une surface chauffante enveloppante positionnée sur la canalisation (10) ou sur les moyens de distribution (11) d’air chaud. Dispositif de dégivrage (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les réchauffeurs électriques (16) comprennent chacun au moins un fil résistif, enroulé autour de la canalisation (10) ou atour des moyens de distribution (11) d’air chaud, ou intégré dans la canalisation (10) ou dans les moyens de distribution (11) d’air chaud à l’aide de rainures. Dispositif de dégivrage (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les réchauffeurs électriques (16) sont alimentés électriquement par un élément d’alimentation électrique, ledit élément d’alimentation comprenant un alternateur à aimants permanents intégré dans l’aéronef, ou un générateur dédié à l’alimentation des réchauffeurs électriques (16). Dispositif de dégivrage (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les réchauffeurs électriques (16) sont configurés pour pouvoir être mis en marche (16a) ou sur pause (16b). Aéronef comprenant un dispositif de dégivrage (8) selon l’une quelconques des revendications 1 à 9.