EP0188160A1 - Dispositif de dégivrage d'une structure alaire - Google Patents

Dispositif de dégivrage d'une structure alaire Download PDF

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EP0188160A1
EP0188160A1 EP85402600A EP85402600A EP0188160A1 EP 0188160 A1 EP0188160 A1 EP 0188160A1 EP 85402600 A EP85402600 A EP 85402600A EP 85402600 A EP85402600 A EP 85402600A EP 0188160 A1 EP0188160 A1 EP 0188160A1
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    • H05B2214/02—Heaters specially designed for de-icing or protection against icing

Definitions

  • the technique then evolved on the "heating panels" side, that is to say the placing of plates or mats of a fibrous composite structure in which conductive fibers are dispersed (whether boron or carbon) .
  • the supply of electric current to pass through the fibers is carried out by the connection of wires to a metal frame attached to the edge of the panel and kept in contact with the fibers or to a metal deposit, produced by vaporization or by electrolytic means, at the ends of the panel containing the fibers.
  • these devices have a major defect with regard to the necessary electrical contacts between the fibers and the supply wires.
  • the resins used in the composite materials have a fairly average adhesive power, so that detachments of the metallic foils can distribute the current to the fibers.
  • the improvement in bonding leads to an increase in the resistance of the contact points resulting in very localized overheating degrading the adhesive and the resin and therefore to weakening of the mechanical connection and rupture of the electrical connection.
  • the extra thicknesses which exist at the points of the electrical connections are detrimental to the respect of the aerodynamic profile of the airfoil and constitute a hindrance to the correct positioning of the shielding structures and of protection of the leading edges against shocks and the erosion.
  • the present invention intends to remedy these drawbacks by proposing a deicing device in which the heating element or elements are integrated without altering the resistance of the leading edge of the airfoil, and are connected to the supply wires in an extremely stable without constituting critical points both from the electrical point of view and from the mechanical point of view.
  • the device is also obtained by a simple manufacturing process which allows it to be easily adapted to the wing or blade profile to be fitted or even to be integrated therein at the same time of the manufacture of the wing or the blade.
  • the invention therefore has as its first object an element with electrical resistance forming part of a device for deicing a wing structure such as the wing of an airplane or the blades of a helicopter comprising conductive fibers. drowned in a composite fiber structure and supply wires electrically connected to said conductive fibers.
  • the conductive fibers are carbon fibers in the form of at least one ribbon in which the fibers are oriented longitudinally, prepreg of resin and of which at least one end is subject in a deformable tubular element with metallic meshes ensuring the electrical connection by contact with said strip and by welding or crimping with the corresponding supply wire.
  • a second object of the invention resides in a de-icing device comprising at least one of the aforementioned elements and which consists of a length, determined as a function of the resistance to be obtained from the above-mentioned carbon fiber ribbon, including the part tape covered by said tubular element, disposed between at least two layers of a composite material so as to form a heating mat.
  • the aforementioned element may consist of at least two sections of parallel and side by side ribbon arranged on either side of an intermediate layer of composite material and connected in series by one of their ends to the by means of a section of ribbon overlapping said ends not covered by said intermediate layer.
  • a third object of the invention is the method for producing the above defrosting device in which the heating mat is formed flat and then is placed between a form and a counterform where it is polymerized under pressure to obtain the profile. the leading edge of the wing structure to be fitted.
  • an element 1 resistant from the electrical point of view, consisting of a ribbon 2 of carbon fibers oriented parallel to the longitudinal dimension of the ribbon, and prepreg d '' a resin capable of being polymerized and hardened. It will be noted that for a section of 3 square millimeters the section of pure carbon is, in a ribbon used of the order of 1.9 mm 2 .
  • One of the ends 2a of the ribbon is capped with a tubular element 3 with mesh formed by knitting of a suitable metal wire.
  • FIG. 2 shows that in order to produce a defrosting device with the above-mentioned element 1, an element 6 such as that on an insulating base substrate 5 (for example glass fabric preferably prepreg) is provided, 1 above which is here constituted by three sections 6a, 6b, 6c of carbon fiber ribbon which form an electrical resistance of a value which will depend, for a given section of the ribbon, on the total length of the element 6.
  • the free ends of the sections 6a and 6c are fitted with tubular knits soldered in tin to the connection wires 7a 7b.
  • a second protective layer 8 identical to layer 5 covers the latter and the element 6 which it carries.
  • the mat thus formed can be polymerized under pressure between a shape and a counter-shape reproducing the profile of the wing on which the device will be docked. Care will have been taken to place the substrates 5 and 8 so that they completely cover the ends of the sections 6a and 6b sheathed with the knitted sleeve so that only the conductors 7a and 7b are located outside the assembly.
  • the pressure applied during the polymerization makes it possible, on the one hand, to firmly anchor the sleeves in the resin of the ribbon and, on the other hand, to ensure intimate contact between the two substrates 5 and 8 in the area between the two sections 6a. 6c creating an effective isolation from one with respect to the other.
  • the section 6b having been simply placed at the end of the sections 6a and 6c, the pressure also makes it possible to obtain good electrical continuity between them.
  • Figures 3 to 10 illustrate the constitution of a defrosting device intended to be supplied with three-phase current.
  • a defrosting device intended to be supplied with three-phase current.
  • three sections 10 of ribbon of prepreg carbon fibers are placed parallel and regularly spaced from each other by a distance at least equal to the width of the ribbon.
  • a section of overlapping ribbon 11 one of their three ends constitutes the common triangle mounting of the three resistors that the device will include.
  • An intermediate layer 12 also made of preferably pre-impregnated glass fabric is then placed on the sections 10 and 11 so as to leave uncovered the ends 10a of the sections 10.
  • the defrosting device made in a very simple manner flat can then be polymerized under pressure into a suitable mold. It can also be incorporated into the very mold for constituting the wing structure (airplane wing or helicopter blade) itself made of composite material. In the latter case, we will have chosen substrates 9, 12 and 17 of the same kind as those which are used for the constitution of the wings or blades.
  • the invention finds an interesting application in the field of aeronautics.

Abstract

L'invention concerne un élément (1) à résistance électrique entrant dans la constitution d'un dispositif de dégivrage d'une structure alaire telle que la voilure d'un avion ou les pales d'un hélicoptère comprenant des fibres conductrices noyées dans une structure à fibres composites et des fils d'alimentation connectés électriquement auxdites fibres conductrices. Dans cet élément les fibres conductrices sont des fibres de carbone se présentant sous la forme d'au moins un ruban (2) dans lequel les fibres sont orientées longitudinalement, préimprégné de résine et dont au moins une extrémité est assujettie dans un élément tubulaire déformable (3) à mailles métalliques assurant la liaison électrique par contact avec ledit ruban et par soudure avec le fil (4) d'alimentation correspondant.

Description

  • On sait que la formation du givre sur les fuselages et les voilures d'aéronefs est due à la rencontre d'une surface froide (de température inférieure à 0°C) avec des gouttelettes d'eau en surfusion contenues dans l'atmosphère. Il se produit alors des dépôts de glace sur la surface et, dans le domaine des voilures en général et particulièrement des voilures tournantes d'hélicoptères, les plus importants s'observent sur le bord d'attaque et son voisinage de la structure alaire. Il en résulte des modifications du profil des ailes ou des pales qui peuvent être préjudiciables à leurs qualités aérodynamiques.
  • On connaît différents types de dispositifs permettant le dégivrage de ces zones critiques et l'un d'eux consiste à chauffer ces zones au moyen de résistances électriques.
  • Plusieurs genres de résistances ont été mis en oeuvre pour accomplir cette fonction. Tous présentent des inconvénients tels que le dégivrage par chauffage reste une question qui,à l'heure actuelle,n'est pas encore résolue de manière entièrement satisfaisante. C'est ainsi qu'on a mis en place, sous une protection métallique collée au bord d'attaque de la voilures, des résistances métalliques. L'ensemble de ce dispositif est assez fragile et de durée de vie relativement courte. En cas de panne il est pratiquement exclu d'effectuer une réparation sans changer intégralement la totalité d'un dispositif.
  • La technique a évolué ensuite du côté "panneaux chauffants" c'est-à-dire la mise en place de plaques ou tapis d'une structure composite fibreuse dans laquelle des fibres conductrices sont dispersées (qu'elles soient en bore ou en carbone). L'alimentation en courant électrique devant parcourir les fibres est réalisée par la connexion de fils à un cadre métallique rapporté au bord du panneau et maintenu au contact des fibres ou à un dépôt métallique, réalisé par vaporisation ou par voie électrolytique, aux extrémités du panneau contenant les fibres. Outre l'inconvénient d'être de montage et d'agencement complexes, ces dispositifs présentent un défaut majeur en ce qui concerne les contacts électriques nécessaires entre les fibres et les fils d'alimentation. On sait en effet que les résines utilisées dans les matériaux composites ont un pouvoir adhérent assez moyen, de sorte que peuvent se produire des décollements des clinquants métalliques distribuant le courant aux fibres. L'amélioration du collage conduit à augmenter la résistance des points de contact entraînant une surchauffe très localisée dégradant colleet résine et donc à une fragilisation de la liaison mécanique et une rupture de la liaison électrique. Par ailleurs, les surépaisseurs qui existent aux endroits des connexions électriques sont préjudiciables au respect du profil aérodynamique de la voilure et constituent une gêne à la mise en place correcte des structures de blindage et de protection des bords d'attaque contre les chocs et l'érosion.
  • La présente invention entend remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de dégivrage dans lequel le ou les éléments chauffants sont intégrés sans altération de la résistance du bord d'attaque de la voilure, et sont connectés aux fils d'alimentation d'une manière extrêmement stable sans constituer de points critiques tant du point de vue électrique que du point de vue mécanique. Le dispositif par ailleurs est obtenu par un procédé de fabrication simple qui lui permet d'être aisément adapté au profil d'aile ou de pale à équiper voire à y être intégré au moment même de la fabrication de l'aile ou de la pale.
  • A cet effet l'invention a donc pour premier objet un élément à résistance électrique entrant dans la constitution d'un dispositif de dégivrage d'une structure alaire telle que la voilure d'un avion ou les pales d'un hélicoptère comprenant des fibres conductrices noyées dans une structure à fibres compositeset des fils d'alimentation connectés électriquement auxdites fibres conductrices.
  • Selon l'une des caractéristiques principales de l'invention, les fibres conductrices sont des fibres de carbone se présentant sous la forme d'au moins un ruban dans lequel les fibres sont orientées longitudinalement, préimprégné de résine et dont au moins une extrémité est assujettie dans un élément tubulaire déformable à mailles métalliques assurant la liaison électrique par contact avec ledit ruban et par soudure ou sertissage avec le fil d'alimentation correspondant.
  • Un second objet de l'invention réside dans un dispositif de dégivrage comportant au moins l'un des éléments susdits et qui est constitué par une longueur, déterminée en fonction de la résistance à obtenir du ruban de fibres de carbone susdit, y compris la partie du ruban recouverte par ledit élément tubulaire, disposée entre au moins deux couches d'un matériau composite de manière à former un tapis chauffant.
  • En outre, l'élément susdit pourra être constitué d'au moins deux tronçons de ruban parallèles et côte à côte disposés de part et d'autre d'une couche intercalaire de matériau composite et reliés en série par l'une de leurs extrémités au moyen d'un tronçon de ruban chevauchant lesdites extrémités non recouvertes par ladite couche intercalaire.
  • Enfin un troisième objet de l'invention est le procédé de réalisation du dispositif de dégivrage ci-dessus dans lequel le tapis chauffant est formé à plat puis est placé entre une forme et une contre-forme où il est polymérisé sous pression pour obtenir le profil du bord d'attaque de la structure alaire à équiper.
  • On pourra ensuite fixer le dispositif ainsi formé sur la structure alaire. On pourra également disposer le dispositif réalisé à plat entre la forme et la contre-forme que comprend le dispositif de moulage de la structure alaire elle-même en matériau composite de même nature que celui du tapis chauffant.
  • L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-après à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires.
  • Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • - la figure 1 illustre schématiquement les principales caractéristiques de l'élément selon l'invention ;
    • - la figure 2 illustre la constitution dans son principe d'un dispositif de dégivrage ;
    • - les figures 3 à 10 illustrent les étapes successives de fabrication d'un dispositif de dégivrage dans lequel les éléments résistants sont montés en étoile et destinés à être alimentés en courant triphasé.
  • En se reportant tout d'abord à la figure 1 on voit l'extrémité d'un élément 1, résistant du point de vue électrique, constitué par un ruban 2 de fibres de carbone orientées parallèlement à la dimension longitudinale du ruban, et préimprégné d'une résine apte à être polymérisée et durcie. On notera que pour une section de 3 millimètres carrés la section de carbone pur est, dans un ruban utilisé de l'ordre de 1,9 mm2. L'une des extrémités 2a du ruban est coiffée d'un élément tubulaire 3 à mailles constitué par tricotage d'un fil métallique approprié. A ce tricot est soudé à l'étain un fil d'alimentation 4 dans une zone où le manchon est rassemblé autour du fil et/ou dans une zone du manchon recouvrant à la fois le ruban et une extrémité du fil qui y est introduite. L'un des avantages de la connexion électrique réalisée par ces moyens réside dans le fait que le tricot métallique s'imprime aisément dans la résine du ruban de carbone qui après polymérisation sous pression constitue un moyen d'accrochage possédant une très bonne résistance à l'arrachement. Le contact intime des fils métalliques et des fibres de carbone du ruban est facteur de bonne qualité du contact électrique.
  • La figure 2 montre que pour réaliser un dispositif de dégivrage avec l'élément 1 susdit on dispose sur un substrat de base 5 isolant (par exemple tissu de verre de préférence préimprégné) et de dimensions correspondant au développé du dispositif, un élément 6 tel que 1 susdit qui est ici constitué par trois tronçons 6a, 6b, 6c de ruban de fibres de carbone qui forment une résistance électrique d'une valeur qui dépendra, pour une section donnée du ruban, de la longueur totale de l'élément 6. Les extrémités libres des tronçons 6a et 6c sont équipés de tricots tubulaires soudés à l'étain aux fils de connexion 7a 7b. Une seconde couche de protection 8 identique à la couche 5 recouvre cette dernière et l'élément 6 qu'elle porte. Le tapis ainsi constitué peut être polymérisé sous pression entre une forme et une contre-forme reproduisant le profil de l'aile sur laquelle le dispositif sera accosté. On aura pris soin de placer les substrats 5 et 8 de manière qu'ils recouvrent complètement les extrémités des tronçons 6a et 6b gainées du manchon tricoté pour que seuls les conducteurs 7a et 7b soient situés à l'extérieur de l'ensemble. La pression appliquée lors de la polymérisation permet d'une part, d'ancrer fermement les manchons dans la résine du ruban et d'autre part d'assurer un contact intime entre les deux substrats 5 et 8 dans la zone entre les deux tronçons 6a 6c créant une isolation efficace de l'un par rapport à l'autre.
  • En outre le tronçon 6b ayant été simplement posé à l'extrémité des tronçons 6a et 6c, la pression permet également d'obtenir une bonne continuité électrique entre eux.
  • Les figures 3 à 10 illustrent la constitution d'un dispositif de dégivrage destiné à être alimenté en courant triphasé. Sur un substrat de support 9 semblable à celui dela figure 2 on place trois tronçons 10 de ruban de fibres de carbone préimprégné parallèleset régulièrement espacés l'un de l'autre d'une distance au moins égale à la largeur du ruban. Un tronçon de ruban 11 chevauchant l'une de leurstrois extrémités constitue le commundu montage en triangle des trois résistances que comportera le dispositif. Une couche intercalaire 12 également en tissu de verre de préférence préimprégné est ensuite placée sur les tronçons 10 et 11 de manière à laisser découvertes les extrémités 10a des tronçons 10. Sur cette couche intercalaire 12 et entre les tronçons 10 on place à nouveau trois tronçons 13 de ruban de fibres de carbone pour que l'une de leurs extrémités soit à côté des extrémités 10a susdites tandis que leur autre extrémité affleure le bord transversal inférieur de la couche 9. On réalise la continuité électrique entre chaque tronçon 10 et le tronçon 13 correspondant au moyen de petits tronçons 14 qui les chevauchent deux à deux dans la zone laissée découverte par la couche intercalaire 12. Les extrémités libres des tronçons 13 sont ensuite pourvues de manchons tubulaires 15 en tricot métallique eux-mêmes soudés à l'étain aux fils d'alimentation 16. Enfin un substrat de protection 17 identique au substrat 9 recouvre l'ensemble.
  • Le dispositif de dégivrage confectionné de manière très simple à plat peut ensuite être polymérisé sous pression en forme dans un moule approprié . Il peut être également incorporé dans le moule même de constitution de la structure alaire (aile d'avion ou pale d'hélicoptère) elle-même en matériau composite. Dans ce dernier cas on aura choisi des substrats 9, 12 et 17 de même nature que ceux qui sont utilisés pour la constitution des ailes ou pales.
  • L'invention trouve une application intéressante dans le domaine de l'aéronautique.

Claims (6)

1.- Elément (1) à résistance électrique entrant dans la constitution d'un dispositif de dégivrage d'une structure alaire telle que la voilure d'un avion ou les pales d'un hélicoptère comprenant des fibres conductrices noyées dans une structure composite fibres/résirie synthétique et des fils d'alimentation connectés électriquement auxditesfibres conductrices, caractérisé en ce que les fibres conductrices sont des fibres de carbone se présentant sous la forme d'au moins un ruban (2) dans lequel les fibres sont orientées longitudinalement, préimprégné de résine et dont au moins une extrémité est assujettie dans un élément tubulaire déformable (3) à mailles métalliques assurant la liaison élec'- trique par contact avec ledit ruban et par soudure avec le fil (4) d'alimentation correspondant.
2.- Dispositif de dégivrage réalisé à partir d'au moins un élément selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué par une longueur (6a, 6b, 6c), déterminée en fonction de la résistance à obtenir du ruban de fibres de carbone susdit, y compris la partie du ruban recouverte par ledit élément tubulaire, disposée entre au moins deux couches (5, 8) d'un matériau composite à fibres, préimprégné, constituant une isolation électrique, de manière à former un tapis chauffant.
3.- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'élément susdit est constitué d'au moins deux tronçons (10, 13) de ruban parallèles et côte à côte disposés de part et d'autre d'une couche intercalaire (12) de matériau composite isolant et reliés en série par l'une de leurs extrémités au moyen d'un tronçon de ruban (14) chevauchant lesdites extrémités non recouvertes par ladite couche intercalaire (12).
4.- Procédé de réalisation d'un dispositif de dégivrage sous forme d'un tapis chauffant, caractérisé en ce que ledit tapis selon l'une quelconque des revendications 2 et 3 est formé à plat puis est placé entre une forme et une contre-forme où il est polymérisé sous pression pour obtenir le profil du bord d'attaque de la structure alaire à équiper.
5.- Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'on fixe ledit dispositif ainsi 0 formé sur la structure alaire.
6.- Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que la forme et la contre-forme susdites sont constituées par le dispositif de montage de la structure alaire elle-même en matériau composite de même nature que celui du tapis chauffant.
EP85402600A 1984-12-26 1985-12-23 Dispositif de dégivrage d'une structure alaire Expired - Lifetime EP0188160B1 (fr)

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