turboréacteur

La présente invention se rapporte à un dispositif de dégivrage/ d'antigivrage électrique notamment pour lèvre d'entrée d'air de nacelle pour turboréacteur/turbopropulseur d'aéronef, et à une nacel le équ ipée d'un tel dispositif. L'invention se rapporte également à un procédé de dégivrage/d'antigivrage d'un élément de nacelle et d'un élément d'aéronef.

Un avion est propulsé par un ou plusieurs ensembles propulsifs comprenant chacun un turboréacteur/turbopropulseur logé dans une nacelle tubulaire. Chaque ensemble propulsif est rattaché à l'avion par un mât situé généralement sous une aile ou au niveau du fuselage.

Une nacelle présente généralement une structure comprenant une entrée d'air en amont du moteur, une section médiane destinée à entourer une soufflante du turboréacteur, une section aval abritant des moyens d'inversion de poussée et destinée à entourer la chambre de combustion du turboréacteur, et est généralement terminée par une tuyère d'éjection dont la sortie est située en aval du turboréacteur.

L'entrée d'air comprend, d'une part, une lèvre d'entrée d'air adaptée pour permettre la captation optimale vers le turboréacteur de l'air nécessaire à l'alimentation de la soufflante et des compresseurs internes du turboréacteur, et d'autre part, une structure aval sur laquelle est rapportée la lèvre et destinée à canaliser l'air vers les aubes de la soufflante. L'ensemble est rattaché en amont d'un carter de la soufflante appartenant à la section amont de la nacelle.

En vol, selon les conditions de température et d'humidité, de la glace peut se former sur la nacelle, notamment au niveau de la surface externe de la lèvre d'entrée d'air. La présence de glace ou de givre modifie les propriétés aérodynamiques de l'entrée d'air et perturbe l'acheminement de l'air vers la soufflante. De plus, la formation de givre sur l'entrée d'air de la nacelle et l'ingestion de glace par le moteur en cas de détachement de blocs de glace peuvent endommager le moteur, et présenter un risque pour la sécurité du vol.

Une solution pour dégivrer la surface externe consiste à éviter que de la glace ne se forme sur cette surface externe en maintenant la surface concernée à une température suffisante. Ainsi, il est connu , par exemple du brevet US 4 688 757, de prélever de l'air chaud au niveau du compresseur du turboréacteur et de l'amener au niveau de la lèvre d'entrée d'air afin de réchauffer les parois.

Toutefois, un tel dispositif nécessite un système de conduits d'amenée d'air chaud entre le turboréacteur et l'entrée d'air, ainsi qu'un système d'évacuation de l'air chaud au niveau de la lèvre d'entrée d'air. Ceci augmente la masse de l'ensemble propulsif, ce qui n'est pas souhaitable.

Afin d'al l éger au maxi m u m les structures utilisées dans la constitution de nacelles, et plus généralement d'équipement aéronautique, il est courant de recourir à l'emploi de matériaux composites.

L'emploi de ces matériaux, notamment pour réaliser la lèvre d'entrée d'air de nacelle, est généralement incompatible avec les dispositifs de dégivrage ou d'antigivrage pneumatique précités.

En effet, la température d'exposition de ces matériaux ne doit généralement pas dépasser un seuil critique sous peine de dénaturation du matériau et donc d'endommagement de la structure.

Ces inconvénients ont pu être palliés notamment grâce à des systèmes de dégivrage/antigivrage électriques.

On pourra citer notamment le document EP 1 495 963 bien que de nombreux autres documents se rapportent au dégivrage électrique et à ses développements.

La mise en oeuvre d'un dispositif de dégivrage électrique utilise des ensembles de résistances chauffantes, également appelés tapis chauffants, implantés au niveau de la lèvre d'entrée d'air à proximité de la surface externe et alimentés électriquement par une source d'alimentation électrique.

On peut également citer la demande de brevet européen EP 1 953 085, qui se rapporte à une architecture électrique utilisée pour alimenter des tapis chauffants.

Les architectures décrites dans cette demande prévoient une source d'alimentation électrique issue d'une génératrice dédiée à l'ensemble des tapis chauffants.

Ces architectures permettent de réguler la température dans différentes zones de l'entrée d'air de la nacelle. Toutefois, ces systèmes de dégivrage sont complexes, lourds en terme de masse, de fiabilité et de disponibilité. La présente invention vise à fournir un dispositif de dégivrage facile d'installation, n'endommageant pas les matériaux composites, peu coûteux en terme de masse, d'une grande fiabilité et à haute disponibilité.

Pour ce faire, la présente invention se rapporte à un dispositif de dégivrage/antigivrage électrique p o u r é l é m e n t d e n a c e l l e p o u r turboréacteur/turbopropulseur, comprenant :

- un ensemble chauffant comprenant deux étages chauffants disposés dans l'élément de nacelle à protéger contre le givre ;

- un circuit d'alimentation en énergie électrique délivrant une tension principale au premier étage de l'ensemble chauffant, et comprenant :

o une source d'alimentation électrique ;

o un circuit de dégivrage/antigivrage relié à l'ensemble chauffant et al imenté en tension par ladite source d'alimentation électrique ;

le dispositif de dégivrage étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour délivrer une tension complémentaire alimentant le deuxième étage de l'ensemble chauffant.

Ainsi, en prévoyant des moyens pour délivrer une tension complémentaire de la tension principale au deuxième étage chauffant, le deuxième étage est alimenté uniquement lors de phases particulières d'un vol, ce qui permet de l imiter considérablement par rapport à l'art antérieur la consommation énergétique de l'ensemble chauffant. A titre d'exemple, le deuxième étage chauffant peut être alimenté en tension lors de phases de montée ou de descente de l'avion. En outre, le deuxième étage constitue une sécurité supplémentaire en cas de dysfonctionnement du premier étage.

De plus, le circuit électrique unique permet l'alimentation en énergie électrique de l'ensemble chauffant, ce qui simplifie également l'architecture du réseau électrique pour élément chauffant par rapport à l'art antérieur.

Selon l'invention, l es moyen s pou r d él ivrer l ad ite tens ion complémentaire comprennent en outre :

- au moins un capteur de température positionné dans l'élément de nacelle à protéger contre le givre ; - au moins un contacteur intégré au circuit de dégivrage et en outre relié en entrée à la source d'alimentation électrique et en sortie au deuxième étage chauffant de l'ensemble chauffant ;

- au moins une unité de commande reliée aux capteurs de température et au contacteur, adaptée pour commander alternativement le passage du contacteur entre une position inhibée selon laquelle le deuxième étage n'est pas alimenté en tension et une position fermée selon laquelle le deuxième étage est alimenté en tension.

Optionnellement, l'unité de commande est intégrée au circuit de dégivrage, ce qui permet de prévoir un dispositif de dégivrage compact et facile d'intégration.

Selon un premier mode de réalisation du dispositif de dégivrage selon l'invention, la source d'alimentation électrique est constituée par un réseau électrique avion.

Selon ce mode de réalisation, le circuit de dégivrage comprend :

- un étage de conversion de puissance alimenté en tension par le réseau électrique avion et relié à l'unité de commande, ledit étage de conversion de puissance étant adapté pour convertir la tension alternative délivrée par le réseau électrique avion en tension continue variable ;

- un contacteur dont l'entrée est reliée à la sortie de l'étage de conversion de puissance et la sortie est reliée au deuxième étage chauffant de l'ensemble chauffant, ledit contacteur étant commandé par l'unité de commande.

Selon un deuxième mode de réalisation du dispositif de dégivrage selon l'invention, la source d'alimentation électrique est constituée par un générateur électrique.

Selon ce mode de réalisation, le générateur électrique est en outre re l i é a u p re m i e r étag e d e l ' e n se mb l e c h a uffa n t , et l e c i rcu i t d e dégivrage/antigivrage est constitué par un contacteur dont l'entrée est reliée audit générateur électrique et la sortie est reliée au deuxième étage chauffant de l'ensemble chauffant, led it contacteur étant commandé par l'un ité de commande.

En outre, l'ensemble chauffant comprend quatre réchauffeurs répartis sur la périphérie de l'élément de nacelle à protéger contre le givre. L'invention se rapporte également à une nacelle pour turboréacteur ou turbopropulseur comprenant un dispositif de dégivrage/antigivrage selon l'invention, remarquable en ce que l'ensemble chauffant est intégré à une lèvre d'entrée d'air de ladite nacelle.

L'invention s e ra p po rte ég a l e m e n t à u n procédé de dégivrage/antigivrage d ' u n é l é m e n t d e n a c e l l e p o u r turboréacteur/turbopropulseur, lad ite nacelle comprenant un d ispositif de dégivrage/antigivrage selon l'invention, le procédé étant remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes visant à :

- relever la température d'un élément de nacelle ;

- délivrer au premier étage de l'ensemble chauffant une tension principale variable en fonction de la température relevée ;

- dél ivrer au deuxième étage de l'ensemble chauffant une tension complémentaire si la valeur de la température de l'élément de nacelle à protéger contre le givre est inférieure à une valeur de température prédéterminée.

Enfin, l'invention concerne un procédé de dégivrage/antigivrage d'un élément d'aéronef, ledit élément comprenant un dispositif de dégivrage/antigivrage selon l'invention, remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes visant à :

- relever la température d'un élément du composant ;

- délivrer au premier étage de l'ensemble chauffant une tension principale variable en fonction de la température relevée ; - dél ivrer au deuxième étage de l'ensemble chauffant une tension complémentaire si la valeur de la température de l'élément d'aéronef à protéger contre le givre est inférieure à une valeur de température prédéterminée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles :

- la figure 1 illustre schématiquement en coupe transversale une lèvre d'entrée d'air de nacelle pour turboréacteur équipée d'un ensemble chauffant ; la figure 2 illustre schématiquement en coupe transversale un ensemble chauffant du dispositif de dégivrage ; la figure 3 représente un premier mode de réal isation du dispositif de dégivrage selon l'invention ;

la figure 4 représente en détails le circuit de dégivrage du dispositif de dégivrage selon le premier mode de réalisation ; la figure 5 est une illustration d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de dégivrage ;

la figure 6 illustre en détails le circuit de dégivrage du dispositif de dégivrage selon le deuxième mode de réalisation.

Sur l'ensemble des figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues.

Par ailleurs, les termes « amont » et « aval » sont définis par référence au sens d'écoulement du flux d'air dans la nacelle en fonctionnement jet direct, l'amont de la nacelle correspondant à une partie de la nacelle par laquelle le flux pénètre, et l'aval correspondant à une zone d'éjection dudit flux d'air.

En outre, on entend par « dispositif de dégivrage/antigivrage » tout ensemble adapté pour permettre de dégivrer ou d'éviter la formation du givre.

On se réfère à la figure 1 , illustrant schématiquement en coupe transversale une lèvre d'entrée d'air de nacelle pour turboréacteur équipée d'un ensemble chauffant 1 comprenant quatre réchauffeurs de conception identique 3a, 3b, 3c, 3d répartis sur la périphérie de la lèvre d'entrée d'air de la nacelle, respectivement « à 3 heures », « à 6 heures », « à 9 heures » et « à 12 heures ».

L'ensemble chauffant est principalement destiné à être intégré à une lèvre d'entrée d'air composite, monolithique ou sandwich, d'une nacelle de turboréacteur. Bien entendu, l'ensemble chauffant peut également équiper d'autres zones de la nacelle ou d'autres zones de l'aéronef. De plus, un tel ensemble ne se restreint pas non plus à une application dans le domaine de l'aéronautique.

En se référant à la figure 2 représentant un réchauffeur 3a en coupe transversale, un tel réchauffeur comprend deux étages chauffants 5 et 7 formant des couches superposées dans l'épaisseur du réchauffeur. Plus précisément, u ne fois monté dans u n élément de nacelle ou d'aéronef à protéger contre le givre, l'étage chauffant 5 recouvre des zones de l'élément à protéger contre le givre les plus proches des zones d'écoulement de l'air, tandis que l'étage chauffant 7, superposé à l'étage chauffant 5, est plus éloigné des zones au contact de l'air qu i s'écou le . De façon connue, les étages chauffants sont réalisés dans un matériau métallique conducteur d'électricité.

Chaque étage chauffant 5, 7 est surmonté de part et d'autre d'un isolant électrique 9 typiquement fixé sur les étages chauffants par des moyens adhésifs tels que de la colle. Les éléments isolants 9 sont quant à eux réalisés par exemple à partir d'un pli de verre.

Bien sûr, les éléments résistifs et les éléments isolants peuvent être réalisés en tout autre matériau respectivement conducteur d'électricité et isolant.

Chaque étage chauffant 5, 7 de l'ensemble chauffant est alimenté en énergie électrique par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation électrique unique (non représenté sur cette figure).

Le circuit d'alimentation en énergie électrique comprend une source d'alimentation électrique alimentant en tension un circuit de dégivrage (ou d'antigivrage) relié à l'ensemble chauffant.

Selon un premier mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4, l e ci rcu it d ' al i m entation en én erg ie él ectriq u e com prend u n e sou rce d'alimentation électrique constituée par le réseau 1 1 triphasé de l'avion, délivrant typiquement une tension alternative, directement relié à l'entrée d'un circuit de dégivrage/antigivrage 13 (encore appelé « NAI » pour « Nacelle Anti Icing » en terminologie anglo-saxonne).

Le circuit de dégivrage/antigivrage 1 3 reçoit en sortie des câbles 15, 17, alimentant en tension respectivement le premier et le deuxième étage chauffant de l'ensemble chauffant.

Le circuit de dégivrage/antigivrage 13 comprend selon l'invention un étage de conversion de puissance 19 comprenant deux cellules de commutation 21 , 23 redondantes, chacune étant adaptée pour convertir la tension alternative délivrée par le réseau électrique de l'avion en une tension continue variable.

Les cellules 21 et 23 sont reliées à une unité de commande 25, qui active l'une ou l'autre desdites cellules en fonction de leur disponibilité. L'un ité de commande 25 est en outre rel iée à des capteurs de température 27a , 27b, 27c, 27d , chacun étant respectivement placé dans chaque réchauffeur 3a, 3b, 3c, 3d.

Le circuit de dégivrage/antigivrage 13 comprend un contacteur 29 dont l'entrée est reliée à la sortie de l'étage de conversion de puissance 19. En sortie du contacteur 29 est prévu le câble 17 en liaison avec le deuxième étage chauffant 7.

Le contacteur 29 est en outre relié à l'unité de commande 25, qui commande le passage alternatif du contacteur 29 entre une position fermée et une position inhibée, comme détaillé ci-après.

A titre d 'exemple, le contacteur 29 peut être constitué par un interrupteur électrique ou électromécanique.

Le fonctionnement du dispositif de dégivrage selon le premier mode de réalisation de l'invention va à présent être décrit.

Le réseau électrique avion 1 1 alimente en tension alternative le circuit de dégivrage/antigivrage 13.

L'étage de conversion de puissance 19, constitué par les cellules de commutation redondantes 21 , 23, assure la conversion de la tension alternative délivrée par le réseau électrique 1 1 en une tension variable.

L'unité de commande 25 choisit d'actionner l'une ou l'autre des cellules de commutation 21 , 23 en fonction de leur disponibilité.

Par ail leu rs, les capteurs de température 27a, 27b, 27c, 27d retournent à l'unité de commande 25 les valeurs de température relevées au niveau de chaque réchauffeur 3a, 3b, 3c, 3d.

L'unité de commande 25 adapte alors la valeur de la tension de sortie alimentant le premier étage chauffant 5, dite tension principale, de façon à ma inten ir constante la température de la lèvre q uel les q ue soient les conditions climatiques externes.

Le contacteur 29 se trouve en position inhibée, position selon laquelle aucune tension n'est délivrée au deuxième étage 7 de l'ensemble chauffant.

Lorsque la tension délivrée en sortie du circuit de dégivrage/antigivrage 13 est insuffisante pour maintenir constante la température de la lèvre d'entrée d'air de la nacelle, le capteur de température informe l'unité de commande 25, qui active le passage du contacteur 29 depuis sa position inhibée vers une position fermée, position permettant de délivrer au deuxième étage 7 de l'ensemble chauffant une tension électrique continue variable en complément de la tension principale délivrée au premier étage chauffant 5.

A cet effet, les capteurs de température 27a, 27b, 27c, 27d, l'unité de commande 25 et le contacteur 29 constituent des moyens pour délivrer une tension complémentaire à la tension principale alimentant le deuxième étage de l'ensemble chauffant.

L'alimentation en tension complémentaire du deuxième étage chauffant 7 intervient typiquement lors de phases spécifiques d'un vol, comme celles de montée ou de descente de l'avion.

A titre d'exemple, pendant les phases de montée, le deuxième étage chauffant 7 du réchauffeur 3d est alimenté en tension complémentaire, tand is que lors des phases de descente, le deuxième étage chauffant du réchauffeur 3b sera alimenté en tension complémentaire. En outre, lors de la traversée de nuages extrêmement denses, le deuxième étage chauffant des réchauffeurs 3b et 3d sont alimentés en tension complémentaire.

Plus généralement, les phases de vol nécessitant l'activation du deuxième étage de l'ensemble chauffant sont celles qui nécessitent une puissance électrique telle que la seule puissance fournie au premier étage de l'ensemble chauffant est insuffisante pour maintenir une température empêchant la formation de givre ou de glace ou permettant le dégivrage. Ainsi, l'alimentation du deuxième étage chauffant n'est pas limitée aux seules phases de montée et de descente de l'avion, mais peut également intervenir lorsque l'avion est en régime de croisière, par exemple dans le cas où un événement particul ier modifie brutalement la température de la lèvre d'entrée d'air de la nacelle.

En d'autres termes, le deuxième étage chauffant est alimenté localement et temporairement lorsque les capacités maximum de chauffage du premier étage des réchauffeurs sont atteintes.

En prévoyant d'alimenter en tension le deuxième étage uniquement lors d 'événements particuliers de la phase de vol de l 'avion , on l im ite la consommation énergétique du dispositif de dégivrage par rapport à l'art antérieur. En outre, la tension dél ivrée à chaque étage est adaptée pour maintenir constante la température dans la lèvre d'entrée d'air quelles que soient les conditions externes de température. De plus, par rapport à l'art antérieur, une source d'alimentation unique permet d'alimenter plusieurs étages chauffants indépendamment l'un de l'autre grâce à un unique contacteur ajouté au circuit de dégivrage.

On se réfère à présent aux figures 5 et 6 illustrant le dispositif de dégivrage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

La sou rce d 'a l i mentation él ectriq u e est constitu ée pa r u n générateur 31 dédié monté su r u n boîtier d e tra n sm iss ion couplé mécaniquement à un arbre de turbine du moteur.

Le générateur 31 dél ivre une tension au prem ier étage de l'ensemble chauffant via un câble 32 et à un circuit de dégivrage (« NAI ») 33, ladite tension ayant une fréquence variable en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de turbine.

Le circuit de dégivrage 33 reçoit en sortie un câble 35 alimentant en tension le deuxième étage chauffant de l'ensemble chauffant.

Le circuit de dégivrage 33 comprend une unité de commande 37 reliée aux capteurs de température 27a, 27b, 27c, 27d.

Selon l'invention, le circuit de dégivrage 33 comprend un unique contacteur 39 relié au câble 35 en liaison avec le deuxième étage chauffant. Le contacteur 39 est activé ou inhibé grâce à l'unité de commande 37 en sortie de laquelle il est relié. A titre d'exemple, le contacteur peut être constitué par un interrupteur électrique ou électromécanique.

Le fonctionnement du dispositif de dégivrage/antigivrage selon le deuxième mode de réalisation de l'invention est similaire au fonctionnement du premier mode de réalisation, à ceci-près que le circuit de dégivrage/antigivrage ne réalise plus de conversion de la tension délivrée par la source d'alimentation électrique.

Le générateur 31 alimente en tension le premier étage chauffant 5 de l'ensemble chauffant et le circuit de dégivrage 33.

Les capteurs de température 27a, 27b, 27c, 27d retournent à l'unité de commande 37 les valeurs de température relevées au niveau de chaque réchauffeur 3a, 3b, 3c et 3d.

L'unité de commande 37 adapte alors la valeur de la tension de sortie alimentant le premier étage chauffant de façon à maintenir constante la température de la lèvre quelles que soient les conditions climatiques externes. Le contacteur 39 se trouve en position inhibée, position selon laquelle aucune tension n'est délivrée au deuxième étage de l'ensemble chauffant.

Lorsque la tension délivrée par la génératrice est insuffisante pour maintenir constante la température de la lèvre d'entrée d'air de la nacelle, l'unité de commande 37 active le passage du contacteur 39 depuis sa position inhibée vers une position fermée, position permettant de délivrer au deuxième étage 7 de l'ensemble chauffant une tension électrique variable complémentaire de la tension principale délivrée au premier étage chauffant 5.

Comme précédemment, les capteurs de température 27a, 27b,

27c, 27d, l'unité de commande 37 et le contacteur 39 constituent des moyens pour délivrer une tension complémentaire à la tension principale alimentant le deuxième étage de l'ensemble chauffant, l'alimentation en tension complémentaire du deuxième étage intervenant typiquement de préférence lors de phases spécifiques d'un vol, comme celles de montée ou de descente de l'avion.

Grâce à la présente invention, en prévoyant d'alimenter un réseau de plusieurs étages de tapis chauffants par une source d'alimentation électrique unique, le dispositif de dégivrage/antigivrage est simplifié par rapport aux solutions de l'art antérieur.

En effet, la source d'alimentation électrique unique alimente en permanence un premier étage chauffant, celui le plus proche de la zone au contact de l'écoulement de l'air. Lorsque les conditions climatiques exigent une puissance supplémentaire de chauffage, le dispositif de dégivrage selon l'invention alimente en énergie électrique un deuxième étage chauffant, superposé au premier, et plus éloigné de la zone au contact de l'air qui s'écoule. Le deuxième étage agit en quelques sortes à la façon d'un renfort thermique activé ponctuellement par la même source électrique que celle qui alimente de façon permanente le premier étage du réchauffeur.

Le c ontacteur, prévu directement dans le circuit de dégivrage/antigivrage, permet d'alimenter ou non le deuxième étage de l'ensemble chauffant en fonction de la température relevée de l'élément de nacelle à protéger contre le givre, de façon à ce que la température reste constante quelles que soient les conditions climatiques externes. En outre, le dispositif de dégivrage selon l'invention permet d'améliorer la sécurité du dispositif de dégivrage ce que la disponibilité de l'ensemble chauffant est accrue. En effet, en cas de dysfonctionnement du premier étage de l'ensemble chauffant, l'un ité de commande active le contacteur depuis sa position inhibée vers sa position fermée, de façon à alimenter en tension le deuxième étage. Cel a perm et d ' assu rer l e fonctionnement du dispositif de dégivrage lors d'une panne en vol de l'élément chauffant primaire. Enfin, comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation de ce dispositif de dégivrage/antigivrage, décrites ci- dessus uniquement à titre d'exemples illustratifs, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes faisant intervenir les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.