INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Selon l’invention, sur au moins une partie de la longueur de chaque antenne optique : le guide d’onde présente une largeur w c =p(x) variant longitudinalement selon une fonction p prédéfinie ; le réseau de diffraction présente un pas d’agencement Λ r =q(x) de structurations périodiques variant longitudinalement selon une fonction q prédéfinie ; les fonctions p et q étant prédéfinies de sorte qu’un profil d’émission S(x) en champ proche du rayonnement lumineux émis par l’antenne optique est égal à un profil d’émission cible S c (x) prédéfini, et qu’un angle d’émission local θ(x) du rayonnement lumineux émis est égal à un angle d’émission cible θ c prédéfini, constant longitudinalement.
La fonction p de variation longitudinale de la largeur w c peut être une fonction décroissante, et la fonction q de variation longitudinale du pas Λ r peut être une fonction croissance.
Chacune des structurations périodiques peuvent s’étendre en regard de tous les guides d’onde des antennes optiques.
Les guides d’onde et les réseaux de diffraction peuvent être réalisés dans une puce photonique à base de silicium.
Les structurations périodiques des réseaux de diffraction peuvent présenter un facteur de remplissage, défini comme le rapport entre une dimension transversale des structurations périodiques suivant l’axe longitudinal sur le pas Λ r , constant suivant l’axe longitudinal des antennes optiques.
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la , déjà décrite, est une vue schématique et partielle d’un émetteur optoélectronique à antenne réseau à commande de phase selon un exemple de l’art antérieur ; la , déjà décrite, est une vue de dessus, schématique et partielle, d’un tel émetteur optoélectronique réalisé en photonique intégré selon un exemple de l’art antérieur ; les figures 2A et 2B sont des vues schématiques et partielles, en coupe longitudinale et en vue de dessus, d’une antenne optique d’un émetteur optoélectronique selon un mode de réalisation, où elle comporte une partie apodisée présentant des variations longitudinales de la largeur du guide d’onde et du pas du réseau de diffraction ; la est une vue de dessus, schématique et partielle, d’une antenne optique d’un émetteur optoélectronique selon une variante de réalisation ; la est un organigramme illustrant des étapes d’un procédé de fabrication d’un émetteur optoélectronique similaire à celui de la ; la illustre un exemple de relation Λ r =f(w c ) exprimant une évolution du pas Λ r du réseau de diffraction en fonction de la largeur w c du guide d’onde, de sorte que l’angle d’émission θ(x) en champ proche du rayonnement lumineux émis par l’antenne optique est égal à une valeur cible θ c ; la illustre un exemple de relation α r =f(w c ) exprimant une évolution du taux d’extraction α r du réseau de diffraction en fonction de la largeur w c du guide d’onde, de sorte que l’angle d’émission θ(x) en champ proche du rayonnement lumineux émis par l’antenne optique est égal à une valeur cible θ c , et que le profil d’émission S(x) en champ proche est égal au profil d’émission cible S c (x) ; la illustre un exemple de profil d’émission S(x) d’un rayonnement lumineux émis pour une antenne optique comportant une partie apodisée suivie d’une partie non apodisée, et le profil d’émission cible S c (x). EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
L’invention porte sur un émetteur optoélectronique à antenne réseau à commande de phase, comportant une pluralité d’antennes optiques formées chacune d’un guide d’onde et d’un réseau de diffraction situé au-dessus et à distance du guide d’onde. Les antennes optiques sont de préférence réalisées sur une puce photonique de type photonique sur silicium. L’émetteur optoélectronique est adapté à émettre un rayonnement lumineux présentant un diagramme d’émission en champ lointain prédéfini, par exemple constant ou gaussien, orienté selon un angle d’émission prédéfini, et peu divergeant au moins dans un plan vertical parallèle aux antennes optiques.
Un diagramme d’émission en champ lointain est la répartition angulaire de l’intensité du rayonnement lumineux en champ lointain émis par l’émetteur optoélectronique, autour d’un axe principal orienté suivant l’angle d’émission. Le champ lointain (ou zone de Fraunhofer) correspond à une distance D supérieure au rapport entre le carré d’une grande dimension de l’antenne optique (ici, sa longueur L tot suivant l’axe longitudinal) sur la longueur d’onde λ du rayonnement lumineux, et plus précisément : D > 2L tot 2 /λ.
Pour que l’émetteur optoélectronique émette un rayonnement lumineux dont le diagramme et l’angle d’émission en champ lointain correspondent à ce qui est attendu, les antennes optiques sont adaptées à émettre un rayonnement lumineux selon un profil et un angle d’émission en champ proche qui sont égaux à un profil et à un angle cibles prédéfinis. Dans la suite de la description, on parlera d’un diagramme d’émission en champ lointain de l’émetteur optoélectronique, et d’un profil d’émission S(x) (ou diagramme d’émission) en champ proche des antennes optiques, où x est l’abscisse longitudinal associé à l’antenne optique. Par ailleurs, on note également θ(x) l’angle d’émission local du rayonnement lumineux émis par l’antenne optique par rapport à un axe vertical Z.
On se réfère à nouveau à la , décrite succinctement plus haut, pour décrire maintenant plus en détail des composants optiques de base d’un émetteur optoélectronique 1 selon un mode de réalisation.
On définit ici et pour la suite de la description un repère direct orthonormé XYZ, où le plan XY est parallèle au plan de la puce photonique, l’axe X étant orienté suivant l’axe longitudinal des antennes optiques 7, et où l’axe Z étant orienté vers l’espace libre dans lequel le rayonnement lumineux est émis par l’émetteur optoélectronique 1. Les termes « inférieur » et « supérieur » sont relatifs à un éloignement vis-à-vis d’un substrat support 10 (cf. ) suivant la direction +Z.
Dans ce mode de réalisation, l’émetteur optoélectronique 1 est intégré sur une puce photonique, par exemple dans le cadre de la technologie dite photonique sur silicium. La puce photonique, également appelée circuit intégré photonique (PIC, pour Photonic Integrated Circuit , en anglais), comporte un substrat support 10 à partir duquel peuvent être réalisés des composants photoniques actifs (modulateurs, diodes…) et passifs (guides d’onde, multiplexeurs ou démultiplexeurs…) couplés optiquement les uns aux autres. Dans le cadre de la photonique sur silicium, le substrat support 10 et les composants photoniques sont réalisés à base de silicium. Le substrat support 10, illustré sur la , peut ainsi être de type SOI ( Silicon On Insulator , en anglais). Ainsi, dans cet exemple, les guides d’onde 5 sont en silicium.
Toutefois, de nombreuses autres plateformes technologiques peuvent être utilisées selon les applications visées et la longueur d’onde du rayonnement lumineux. Ainsi, on pourra réaliser les guides d’onde 5 par exemple en nitrure de silicium (SiN), en nitrure d’aluminium (AlN), en silice dopée, etc…
L’émetteur optoélectronique 1 comporte une source laser 2 adaptée à émettre un signal optique monochromatique pulsé ou continu, de longueur d’onde λ. La longueur d’onde peut être, à titre illustratif, égale à 1550nm. La source laser 2 peut être accordable en longueur d’onde, notamment pour modifier l’angle d’émission θ que forme le rayonnement lumineux émis par les antennes optiques 7 vis-à-vis de l’axe vertical Z dans le plan ZX. La source laser 2 peut être une source hybride formée d’un milieu à gain réalisé à base d’un composé III/V et collé à la surface de la puce photonique. Des réflecteurs optiques de type miroirs de Bragg peuvent ainsi être réalisés dans un guide d’onde intégré et couplé au milieu à gain. En variante, la puce photonique peut ne pas comporter la source laser 2, celle-ci étant alors être déportée et donc non assemblée sur la surface de la puce photonique. Elle peut alors être couplée à un guide d’onde intégré de la puce photonique, notamment par un coupleur à réseau.
Un diviseur de puissance 3 est couplé à la sortie de la source laser 2. Il comporte ainsi une entrée et une pluralité de sorties couplées chacune à un guide d’onde de l’émetteur optoélectronique 1. Le nombre de guides d’onde 5 correspond aux nombres de bras 4 de l’émetteur optoélectronique 1. Dans cet exemple, le diviseur de puissance 3 est formé de plusieurs diviseurs de type MMI ( Multimode Interferometer , en anglais) agencés en cascade, mais d’autres types de composants optiques peuvent être utilisés.
– la est une vue en coupe du dispositif de contention, le verrou étant dans sa position de rétention ;
– la est un schéma cinématique correspondant à la ;
– la est une vue en coupe du dispositif de contention, le verrou étant en cours de passage à sa position de libération ;
– la est une vue en coupe du dispositif de contention, le verrou étant dans sa position de libération ;
– la est une vue en coupe du dispositif de contention illustrant une fonction de respirabilité ;
– la est une vue en coupe du dispositif de contention d’un accumulateur électrochimique en fin de vie.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE Les figures 1 à 3 sont des figures schématiques illustrant trois exemples de module d’accumulateur électrochimique 1.
Dans l’exemple des figures 1 et 2, chaque module 1 est constitué de six cellules d’accumulateur 2. Le module 1 comporte un dispositif de contention comprenant deux plaques de serrage 3 disposées sur les parois latérales du module 1. Le dispositif de contention comprend ici deux sangles 4 munies chacune d’un mécanisme de serrage 5. Sur la , les sangles 4 encerclent le module 1 selon des plans verticaux, et sur la , les sangles 4 encerclent le module 1 selon des plans horizontaux. Alternativement, les mécanismes de serrage 5 peuvent être doublés de part et d’autre des modules pour faciliter l’égalisation du serrage. Ils peuvent être aussi positionnés sur les plaques de serrage 3. Les mécanismes de serrage 5 peuvent aussi être intégrés aux plaques de serrage 3.
Sur l’exemple de la , le module 1 n’est constitué que d’une seule cellule d’accumulateur 2. Le dispositif de contention peut en effet être appliqué à tout module 1 comportant une ou plusieurs cellules d’accumulateur 2. La est une vue en coupe du module 1 montrant une borne de connexion 6 de la cellule d’accumulateur 2.
Les cellules d’accumulateur 2 des figures 1 à 3 sont des cellules d’accumulateur prismatiques, c’est-à-dire que les bobineaux 7 (voir ) sont aplatis et sont disposés dans un boitier prismatique. Cette disposition permet la mise en œuvre de cellules d’accumulateur 2 de grande dimension et de forte puissance, qui comportent des bornes de connexion 6 également de grande dimension, et qui présentent une forte densité d’énergie. Cet agencement est incontournable dans de nombreuses applications exigeantes, notamment dans les véhicules électriques. Cependant, cet agencement nécessite une force de contention importante sur les parois latérales des modules 1, force de contention qui augmente durant le cycle de vie du module 1. À titre d’exemple, un module d’accumulateur de véhicule électrique actuel nécessite une force de contention de l’ordre de 2 kN par cellule d’accumulateur et qui peut aller jusqu’à 15 kN en fin de vie de l’accumulateur. Cette force de contention correspond à la force de serrage de la sangle de cerclage 4.
Dans l’exemple de la , le module 1 est constitué d’une seule cellule d’accumulateur 2, entourée par une seule sangle 4 et son mécanisme de serrage 5. Le mécanisme de serrage 5 est dans cet exemple disposé à l’opposé de la borne de connexion 6, en libérant les faces latérales du module 1, par exemple pour accoler plusieurs modules côte à côte, et en libérant l’espace supérieur du module 1 pour éviter tout risque électrique.
Ces exemples de disposition du mécanisme de serrage 5 sont données à titre illustratif, étant entendu que ce mécanisme de serrage 5 peut être installé à tout endroit sur le trajet de la sangle 4.
Les figures 4 à 15 illustrent plus en détail la constitution du mécanisme de serrage 5.
La illustre le mécanisme de serrage 5 en perspective, ainsi qu’une première extrémité 8 et une deuxième extrémité 9 de la sangle 4, reliées au mécanisme de serrage 5. Le mécanisme de serrage 5 maintient une tension entre la première extrémité 8 et la deuxième extrémité 9 selon une force calibrée. Le mécanisme de serrage 5 sollicite ainsi la première extrémité, en appliquant une force calibrée qui correspond à la force de serrage souhaitée, que l’on souhaite appliquer sur le module d’accumulateur par la sangle 4.
Arrière-plan technique Une turbomachine, telle qu'utilisée pour la propulsion dans le domaine aéronautique, comprend une entrée d'air atmosphérique qui communique avec un ou plusieurs compresseurs, dont généralement une soufflante, entraînés en rotation autour d'un même axe X. Le flux primaire de cet air, après avoir été comprimé, alimente une chambre de combustion disposée de façon annulaire autour de cet axe X. Ce flux primaire est mélangé à un carburant et brûlé pour fournir des gaz de combustion, en aval, à une ou plusieurs turbines à travers lesquelles ces gaz sont détendus, les rotors des turbines entraînant les rotors des compresseurs.
Le moteur des turbomachines fonctionne à une température des gaz de combustion en entrée de turbine que l'on cherche aussi élevée que possible, car cette température conditionne les performances de la turbomachine. Dans ce but, les matériaux des parties chaudes sont sélectionnés pour résister à ces conditions de fonctionnement et les parois des pièces balayées par les gaz de combustion, telles que le carter de turbine, les distributeurs ou les aubes mobiles de turbine, sont pourvus de moyens de refroidissement.
De manière générale, les pièces de turbomachine peuvent être réalisées en métal ou en composite.
L’utilisation de matériaux composites est particulièrement avantageuse dans le domaine des turbomachines car ils permettent la diminution de la masse des composants associée à de bonnes propriétés mécaniques.
Un matériau composite classiquement utilisé comprend une préforme fibreuse densifiée par une résine de polymère. La préforme peut être issue d’un tissage tridimensionnel (3D) ou peut être obtenue par drapage et superposition de plusieurs couches/plis (multicouche). La résine peut être injectée dans la préforme ou bien la préforme peut être préalablement imprégnée avec la résine (également désignée par « pré-imprégnée » ou « prepreg »).
Actuellement, les pièces de turbomachine réalisées dans un matériau composite à matrice organique (CMO) sont de plus en plus utilisées en zone moteur. Cependant, les pièces réalisées en CMO sont particulièrement sensibles à une forte chaleur. En effet, la résine organique composant les pièces en CMO est peu résistante à des températures élevées (telle qu’une température au-delà de 200°C voire de 300°C pour les plus performantes d’entre elles).
Parmi les protections imaginées pour permettre à ces pièces de résister à ces conditions extrêmes, figure le dépôt de plusieurs matériaux formant un « revêtement de barrière thermique », sur leur surface externe. Ce revêtement permet de protéger la pièce réalisée en CMO à une exposition continue à des températures élevées.
Une solution consisterait à réaliser le revêtement de barrière thermique sous forme d’une laine de silice encapsulée dans des feuillards métalliques (tel qu’en Inox ou en Inconel). Des fixations mécaniques sont également nécessaires pour fixer ce type de revêtement sur la pièce de turbomachine. Par exemple, ces fixations sont des fixations traversantes de type rivet avec une ferrure ou un support en titane pour fixer la périphérie du revêtement, ou des plots métalliques collés en pleine surface de la pièce en CMO. Ce type de revêtement peut présenter une étape et une difficulté supplémentaires de mise en positon de ces fixations pour les opérateurs. Par ailleurs, le revêtement à base de laine de silice est épais (plus de 4,0mm) et peut être encombrant dans une turbomachine.
Il est également connu d’appliquer un revêtement de barrière thermique formé de silicone en monocouche ou multicouches, sur la pièce de turbomachine. Cependant, ce type de revêtement présente l’inconvénient d’être coûteux.
Dans ce contexte, il est utile de pallier au moins en partie aux inconvénients précités, en proposant un nouveau revêtement de barrière thermique fiable et peu encombrant, notamment dans une pièce pour une turbomachine.
La présente invention propose ainsi une pièce pour une turbomachine d’aéronef, cette pièce comportant un corps et un revêtement de barrière thermique situé sur ledit corps, ce revêtement comprenant : - une couche inférieure d’isolation thermique qui est située sur ledit corps et qui comprend au moins un géopolymère, - une couche métallique intermédiaire de dissipation thermique qui est située sur la couche inférieure, et - une couche supérieure d’isolation thermique qui est située sur ladite couche métallique intermédiaire et qui comprend au moins un géopolymère.
La pièce de turbomachine selon l’invention présente l’avantage d’être fonctionnelle, notamment dans un moteur de turbomachine, sans limitation de durée à une température élevée. En effet, le revêtement de barrière thermique de la pièce bénéficie d’une stabilité à haute température (par exemple entre 400 et 600°C), ce qui le rend adapté pour des modules de turbomachine exposés à de hautes températures, tels que les compresseurs basse pressions et haute pression.
En particulier, le revêtement de barrière thermique selon l’invention présente une architecture en multicouche composée de plusieurs couches en géopolymère et d’une couche métallique. La couche métallique est disposée en sandwich entre les couches inférieure et supérieure en géopolymère.
On entend par « géopolymère », un matériau à base de matière minérale composée par exemple de silice et d’alumine. Les géopolymères sont formés de chaînes ou de réseaux de molécules minérales liées par des liaisons covalentes. Le géopolymère peut être entièrement inorganique ou peut comprendre une certaine quantité de matière organique. Le géopolymère peut être essentiellement un composé chimique minéral ou un mélange de composés constitués de motifs, par exemple silico-oxyde (-Si-O-Si-O-), silico-aluminate (-Si-O-Al-O-), ferro-silico-aluminate (-Fe-O-Si-O-Al-O-) ou aluminophosphate (-Al-O-P-O), crées par un processus de géopolymérisation.
Le matériau géopolymère, notamment de par sa nature inorganique, offre une très bonne tenue aux hautes températures (notamment à une température au-delà de 300°C). Les couches en géopolymère du revêtement de l’invention ont ainsi une fonction d’isolation thermique, et la couche métallique, en tant que matériau conducteur, peut avoir un rôle de dissipateur de chaleur.
En fonctionnement, la forte température est atténuée par la couche supérieure en géopolymère. Cette chaleur est ensuite répartie uniformément sur la surface de la couche métallique intermédiaire, ce qui permet d’éviter localement des points très chauds. Enfin, la couche inférieure en géopolymère permet de diminuer davantage la température transmise au corps de la pièce de turbomachine. Ce qui atténue donc la dégradation de la pièce en fonctionnement.
α c x , α c y , α c z sont les coefficients de dilatation du matériau, notamment du matériau composite dans des directions x, y et z,
α v et α F sont respectivement le coefficient de dilatation du matériau du récipient et le coefficient d’expansion volumique du liquide,
ΔT est la différence entre la température de chauffage T i et la température initiale T 0 ,
S 0 est une surface équivalente du récipient,
est un volume de liquide présent dans le récipient à la température initiale (T 0 ), et
a et b sont respectivement deux dimensions du corps mesurées selon deux axes x et y perpendiculaires dans un plan horizontal,
le matériau étant isotrope, l’étape de chauffage c) et l’étape de mesure d) sont réalisées sans changer la position du corps dans le liquide, et :
le matériau étant orthotrope, l’étape de chauffage c) et l’étape de mesure d) sont réalisées trois fois, le corps étant positionné dans une position différente à chaque fois, et :
le récipient est en verre, le corps a une forme générale parallélépipédique, le corps comprend un renfort sous forme de fibres, par exemple tissées, le liquide est choisi parmi du mercure, du galinstan, de l’huile et/ou de l’eau, le niveau supérieur du liquide est mesuré grâce à un microscope optique confocal, par interférométrie laser, par une caméra et/ou par une binoculaire.
Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation, donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées et présentés en tant qu’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles :
la est une représentation schématique en perspective d’un tissage d’une structure fibreuse d’un matériau ;
la est une représentation schématique en coupe d’une installation de mesure de dilatation d’un matériau selon l’invention ;
la est une représentation schématique d’une installation de mesure de dilatation d’un matériau avec un dispositif de mesure d’un niveau supérieur d’un liquide ; et
la est un organigramme représentant des étapes d’un procédé de mesure de la dilatation thermique d’un matériau selon l’invention.
Un cinquième aspect de l’invention concerne un système SYS comprenant un support de packaging SP et un assemblage selon un quatrième aspect de l’invention connecté électriquement au support de packaging SP. Dans un mode de réalisation, le support de packaging est un support de type « ball grid array » ou bien encore « land grid array ».
Dans un mode de réalisation illustré à la , la puce de contrôle comprend une première face et une deuxième face et l’assemblage est connecté au support de packaging SP par l’intermédiaire de la deuxième face de la puce de contrôle PC.
Dans un mode de réalisation alternatif illustré à la et à la , l’assemblage est connecté au support de packaging SP par l’intermédiaire de la deuxième face S2 de la structure d’intégration SI. Dans ce mode de réalisation alternatif, la puce de contrôle PC est connectée par sa première face à la deuxième face de la structure d’intégration SI et est connectée électriquement par sa deuxième face au support de packaging SP. Dans un mode de réalisation, la connexion mécanique entre le support de packaging SP et la puce de contrôle PC est assurée par une colle thermique CTH permettant l’évacuation de la chaleur générée par la puce de contrôle PC directement vers le support de packaging SP.