Aviation Module 13.15: Ice Formation, Classification and Detection

Module 13.15 Page 5 sur 42 1 Formation de la glace, classification et détection 1.1 Généralités La formation du givre dépend de deux paramètres : la température et l'humidité de l'air. La mise en service des dispositifs de...

Module 13.15 Page 5 sur 42 1 Formation de la glace, classification et détection 1.1 Généralités La formation du givre dépend de deux paramètres : la température et l'humidité de l'air. La mise en service des dispositifs de dégivrage ou d'antigivrage de l’avion, s'effectue en fonction de ces deux paramètres. Les données utiles dans l'aéronef sont : La température du point de rosée (T° à laquelle une masse d'air est saturée). Une visibilité réduite (< 1000 m) La présence d'humidité (brume, brouillard, nuage...) La température statique (SAT : Static air Température) est celle de l'air ambiant. La température totale est mesurée en vol et elle est fonction de la vitesse : TAT = SAT x (1 + 0,2 M2) Au sol, risque de givrage si la SAT < +5°C et visibilité < 1000 m En vol, TAT entre + 8°C et - 12°C avec forte humidité. Les conséquences du givrage sont : Déformation des profils d'ailes et empennages Déformation et réduction des entrées d'air moteur Risque de blocage des commandes de vol. Alourdissement de la cellule. Visibilité réduite sur le pare brise Obturation des sondes, pitots Moyens de lutte : La génération pneumatique thermique : l'air chaud prélevé sur les moteurs est acheminé vers les bords d'attaque voilure, les entrées d'air moteur. La génération pneumatique mécanique : L'air prélevé est utilisé séquentiellement en pression et dépression sur les bords d'attaque voilure et entrées d'air moteur. La génération électrique : au moyen de résistances chauffantes qui protègent le pare- brise, les prises et sondes, les hélices, les entrées d'air..... Les moyens chimiques : injection de produits dégivrants 1.2 Réglementation La lutte contre le givre est une obligation réglementaire OPS 1.345 Givre et autres contaminants Procédures au sol (a) L’exploitant doit établir des procédures à suivre lorsqu'il est nécessaire d'effectuer le dégivrage et l’antigivrage au sol, ainsi que les contrôles de l’état de l’avion correspondants. (b) Le commandant de bord ne doit pas entreprendre un décollage que si les surfaces externes sont dégagées de tout dépôt susceptible d'avoir une incidence négative sur les performances ou la manœuvrabilité de l'avion, sauf dans les limites spécifiées dans le manuel de vol. OPS 1.346 Givre et autres contaminants Procédures en vol (a) L’exploitant doit établir des procédures pour les vols en conditions de givrage prévues ou réelles. (b) Le commandant de bord ne doit pas entreprendre un vol ni voler intentionnellement en conditions givrantes prévues ou réelles à moins que l’avion ne soit certifié et équipé pour faire face à de telles conditions. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 5 Module 13.15 Page 6 sur 42 1.3 Définition du givrage Le givre est un dépôt de glace qui forme un revêtement opaque et granuleux autour des surfaces solides lorsque la température de l'air qui les environne est inférieure à 0 °C. À pareille température, les particules d'eau en suspension dans l' atmosphère peuvent néanmoins rester liquides sous forme de gouttelettes à l'état de surfusion , flottant le plus souvent dans un nuage ou un brouillard ; cet état est instable, et au moment où l'eau liquide est captée par des surfaces solides telles que le sol, la végétation, les objets, les aéronefs, elle se transforme en givre. On distingue deux types de formation du givre ; d’une part une formation de cause météorologique et d’autre part une formation de cause mécanique concernant essentiellement les moteurs à pistons. 1.4 Le cycle de l’eau 1.5 L’humidité L’humidité relative U : en % état entre l’air sec (U=0%) et l’air saturé (U = 100%). Le point de rosée : Td Le point de condensation La saturation : U = 100% par condensation de la vapeur d’eau (nuage, brouillard, neige, grêle) Saturation à pression constante : Baisse de température Saturation par détente adiabatique : Ascendance de l’air. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 6 Module 13.15 Page 7 sur 42 1.6 Classification des nuages Bien que les nuages apparaissent en perpétuelle évolution, il est possible de les classer suivant différentes catégories en définissant un nombre limité de formes caractéristiques. Pareille classification des nuages fut établie en 1802 par le pharmacien anglais Luke Howard. C'est cette classification, quelque peu modifiée depuis, qui est exposée dans l'Atlas international des nuages édité par « l’Organisation météorologique mondiale ». Elle se fonde sur l'existence de dix catégories principales appelées genres ; ceux-ci comportent pour la plupart des subdivisions en espèces et en variétés, parfois communes d'un genre à l'autre, et qui correspondent à diverses particularités ou à des aspects caractéristiques : ainsi trouve-t- on : les espèces :  fibratus (fibreux)  stratiformis (en strates) les variétés :  opacus (opaque)  undulatus (ondulé) et bien d'autres sous-catégories encore... Un nuage observé à un instant donné n'appartient qu'à un seul genre et à une seule espèce (si elle existe), alors que plusieurs variétés peuvent quelquefois lui être affectées simultanément. Les différents processus possibles de génération d'un nuage lui impriment chacun des formes résultantes qui lui sont propres. C’est pourquoi ces processus se trouvent indirectement pris en compte dans la classification ainsi utilisée. Il en va de même pour la hauteur d'un genre de nuage : quoique celle-ci soit fortement influencée par la structure thermique de l'atmosphère et puisse donc varier avec la latitude, la saison, la situation météorologique, voire l'heure de la journée, l'étagement relatif des différents genres de nuages n'en est pas moins immuable. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 7 Module 13.15 Page 8 sur 42 On distingue de la sorte quatre cas: les nuages les plus élevés (cirrus = filament, d'où le préfixe cirro-) occupent l'étage supérieur de la troposphère. Ils sont constitués de cristaux de glace et comprennent les genres cirrus, cirrocumulus et cirrostratus ; ceux de l'étage moyen (préfixe alto-, de altus = haut) sont généralement constitués de gouttelettes d'eau, mais celles-ci se mélangent parfois avec des cristaux de glace. Ils comprennent les genres altocumulus et altostratus ainsi que le genre nimbostratus (le préfixe nimbo- vient de nimbus = nuage). L'altostratus peut pénétrer dans l'étage supérieur, et le nimbostratus déborde généralement dans les étages supérieur et inférieur ; ceux de l'étage inférieur (stratus = étendu, d'où le préfixe strato-) sont les "nuages bas" des genres stratocumulus et stratus ; deux genres enfin, cumulus et cumulonimbus (cumulus = amas, d'où le préfixe cumulo-), représentent des nuages d’instabilité qui ont généralement leur base dans l'étage inférieur, mais peuvent s'étendre à travers les deux autres étages. Ils se présentent en éléments séparés prenant la forme de monceaux, de montagnes ou de tours dont l'extension verticale peut être considérée comme comparable à l'extension horizontale. La majeure partie de la masse de ces nuages est constituée de gouttelettes d'eau, tandis que la partie supérieure des cumulonimbus et de certains cumulus, qui peut atteindre 8 à 13 km de hauteur et parfois bien davantage (15 à 20 km dans les régions tropicale), est constituée de cristaux de glace. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 8 Module 13.15 Page 9 sur 42 1.7 Vocabulaire (Français/Anglais) Bruine / Drizzle (petites gouttelettes d’eau en suspension) Grêle / Hail (granules de glace de 5 à 50 mm) Brouillard givrant / Freezing Fog (gouttelettes d’eau glacée en suspension rendant la visibilité < 1 km) Givre/Gelée / Frost (Cristaux de glace se déposant à terre ou sur des objets) Pluie verglaçante / Freezing rain (light ,moderate, heavy) Neige / Snow (précipitation de cristaux de glace température > -5°C) Slush : mélange d’eau et de neige mouillée. Les conditions givrantes : o Température < +5°C et/ou au dessous du point de rosée. o Forte humidité ambiante 1.8 Effet du givrage sur un profil Le givrage peut avoir des effets catastrophiques sur le déroulement d’un vol. Outre la perte de visibilité par dépôt sur le pare-brise, le dépôt sur les surfaces aérodynamiques va modifier l’écoulement de l’air sur le profil et provoquer le décrochage. Sont concernés les pales, le rotor anti-couple, etc.… Feu de navigation sur Lear 45 Glace modifiant l’écoulement de l’air sur l’extrados d’un profil : Risque de décrochage. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 9 Module 13.15 Page 10 sur 42 1.9 Avertisseurs de givrage 1.9.1 Détection visuelle Les capteur visuels de givrage sont placés près des pare-brises et permettent à l’équipage de visualiser la formation de glace sur un support spécifique. Ils sont éclairés pour les vols de nuit. Un capteur constitué d'une lame de métal de 8 cm est disposé devant le pare brise de cockpit. Il capte la glace. Une résistance chauffante permet d'apprécier la rapidité de formation de la glace. (Les supports d'essuie glace servent aussi aux pilotes). Ce détecteur visuel de givrage dispose d’une led qui permet de l’éclairer. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 10 Module 13.15 Page 11 sur 42 Ce détecteur de givrage simule le bord d’attaque d’une aile et permet de voir la formation de glace sur ce profil. Indicateur visuel de givrage sur ATR 1.9.2 Détecteur manométrique La capsule compare en permanence la pression que lui délivre le capteur avec la pression statique extérieure. Lorsque il y a formation de givre les trous à l'avant du détecteur s'obturent entraînant une baisse de pression mesurée. Cette information traitée électroniquement est envoyée à 2 temporisateurs : Activation des alarmes lumineuses et sonores Réchauffage de la sonde (30 s) 1.9.3 Détection par ultrasons On utilise le principe de la mesure d'épaisseur en déterminant le temps de parcours d'une onde acoustique. Le transducteur, excité par un signal électrique, émet un train d’ondes ultrasonores se propageant vers la peau externe du profil susceptible de givrer. L'exploitation de cette mesure permet de détecter le givre et de connaître l'épaisseur réelle en temps réel. L'indication fournie par ces détecteurs servira à changer les seuils d'alarme sur la vitesse de décrochage et l'angle d'attaque (A 340 et Fokker 100). 1.9.4 Détection électromagnétique Ce capteur regroupe le capteur et les éléments électroniques dans le même boitier. Le capteur d’une longueur de 2.5mm pour un diamètre de 6.35mm vibre axialement à une fréquence naturelle de 40Khz. Lorsque la glace s’accumule sur le capteur, la masse supplémentaire fait augmenter la fréquence naturelle du capteur. Ainsi, une augmentation de 133 Hz correspond à une épaisseur de 0.508 mm, plus ou moins 0.127 mm, de glace. Cette valeur correspond au seuil de détection. Lorsque ce seuil est atteint, le capteur est dégivré au moyen de résistances internes pour permettre une nouvelle détection. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 11 Module 13.15 Page 12 sur 42 Le système fonctionne de manière continue durant toutes les phases du vol où l’alimentation électrique est en fonctionnement. L’huile, graisse, liquide de dégivrage ou eau n’affecte pas la fréquence délivrée par le capteur. Le détecteur de givrage envoie le signal ICE (Conditions givrantes) lorsque le givrage atteint le seuil de détection. Le signal dure 60 secondes et le capteur est immédiatement dégivré pour une nouvelle mesure. Si le seuil est une nouvelle fois atteint, le signal est réémis pour une nouvelle période de soixante secondes. Lorsque le signal est émis successivement sept fois de suite, Le signal SEVERITY est émis (Conditions givrantes sévères). AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 12 Module 13.15 Page 13 sur 42 Localisation des détecteurs de givrage sur ATR : Un détecteur visuel situé à proximité des pare-brises Un détecteur électromagnétique situé sous l’aile gauche 1.9.5 Détecteur de givre ROSEMOUNT AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 13 Module 13.15 Page 14 sur 42 Sur le même principe électromagnétique, le détecteur de givre ROSEMOUNT. L’air ambiant est canalisé au travers d’un dispositif «aspirateur» constitué d’un tube convergent dans lequel est injecté de l’air P2. Cet «aspirateur» permet d’entretenir un écoulement constant d’air extérieur quelque soit la vitesse de déplacement de l’appareil. Le capteur de givre, placé en amont dans la veine d’air de «l’aspirateur» est entretenu en vibration axiale haute fréquence (40 KHz) par effet électromagnétique appelé magnétostriction. L’accumulation de glace sur le capteur fait varier la fréquence vibratoire de celui-ci proportionnellement à la variation de masse. La différence de fréquence entre l’excitation et la détection, traitée électroniquement avertit le pilote : du début de condition givrante par allumage du voyant ICE de la concentration d’eau dans l’air exprimée en gr/m3 sur un indicateur de sévérité. Un bouton poussoir «TEST» permet de contrôler le bon état de la chaîne. Un drapeau FAIL apparaît sur l’indicateur en cas de panne du système de détection. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 14 Module 13.15 Page 15 sur 42 1.9.5.1 Principe du détecteur de givre Pas de givre : Le détecteur veille Le système est mis en service dès que la température extérieure atteint +5°C. L’air ambiant est mis en circulation autour du capteur par l’air inducteur P2. Tant qu’il n’y a pas de formation de givre sur le capteur, le système électronique ne décèle aucun écart entre la fréquence d’excitation et la fréquence de détection du capteur. Tout est normal, aucune signalisation n’est activée. Pas d’écart de fréquence Givrage momentané L’épaisseur de glace sur le capteur atteint 0,38 mm. L’écart de fréquence est traité par l’électronique et se traduit par un léger déplacement de l’aiguille de l’indicateur de sévérité sans allumage du voyant ICE. L’information sera maintenue durant 30 secondes après quoi un nettoyage de la sonde sera effectué par réchauffage du capteur et le système se remettra en veille. Ecart de fréquence AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 15 Module 13.15 Page 16 sur 42 Mesure de la sévérité de givrage Lorsque la formation de glace atteint 0,5 mm, à travers l’électronique du système va attaquer un cycle de 90 secondes qui donne une indication de sévérité sur l’indicateur et allume le voyant ICE. A la suite de cette séquence deux cas sont possibles : La formation de givre disparaît et l’on retourne à la séquence de givrage momentané. L’épaisseur de givre augmente jusqu’au seuil de 1,5 mm et déclenche la séquence de givrage sévère. Ecart de fréquence Givrage sévère Lorsque le seuil de 1,5 mm est atteint un nouveau cycle de 60 secondes est lancé. Il est possible de lire le degré de givrage sur l’indicateur et le voyant «ICE» est toujours allumé. L’information est gardée en mémoire et ne peut-être modifiée. Si la "sévérité" de givrage ne varie pas on réamorce chaque fois le cycle par de nouvelles formations de givre entre deux nettoyages. Ecart de fréquence maximum AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 16 Module 13.15 Page 17 sur 42 Chauffage et nettoyage Pour éviter l'accumulation de givre pouvant provoquer l'obturation de l'aspirateur, celui-ci est réchauffé par une résistance qui est sous tension dès la mise en marche de l'installation. Le capteur est nettoyé à chaque fois que l'épaisseur de glace atteint 1,5 mm. La résistance de chauffage du capteur est alimentée pendant 5 à 7 secondes. Test Lorsqu’on lance une séquence de test en appuyant sur le poussoir TEST on simule une séquence sévère qui va se traduire par une déviation maxi de l’aiguille de l’indicateur de sévérité, l’allumage du voyant durant 25 secondes et le chauffage du capteur durant 5 à 7 secondes. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 17 Module 13.15 Page 18 sur 42 1.9.5.2 Schéma fonctionnel du détecteur de givre ROSEMOUNT Mise sous tension de l’installation La mise sur marche de l’interrupteur (8) permet : Par le 28 Volts : l’alimentation de l’électronique du boîtier de commande149W l’excitation du relais 154W Par le 115V/400Hz : le chauffage de la sonde 150W par la résistance (1) surveillée par le thermostat (2) l’excitation du relais 153W qui permet l’ouverture de l’électro-clapet 152W, la pression supérieure à 0,4 bar ouvre le manocontact basse pression. Les voyants ambre D.GIV et AVERT sont éteints. Défaut de l’installation Un défaut de fonctionnement du boîtier électronique149W provoque : l’apparition du drapeau «PANNE» dans l’indicateur la mise au repos du relais 154W qui active la logique de la carte 32W. l'allumage des voyants D.GIV et AVERT. L’allumage des voyants D.GIV et AVERT. est aussi consécutif à la panne d’alimentation en 115V par la mise au repos du relais 153W. Une pression anormale détectée par un des manocontacteurs active la carte 32W : les 2 voyants s’allument. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 18 Module 13.15 Page 19 sur 42 1.9.6 Détecteur de givre LEIGH MK12B L’air ambiant canalisé vers le capteur de givre est accéléré au travers d’un tube divergent par effet de trompe provoqué par une injection annulaire d’air P2 détendu. L’accumulation de givre sur le capteur masque progressivement le faisceau infrarouge qui excite un «photo- transistor». La tension de sortie du photo-transistor varie en fonction de l'épaisseur de givre. Cette tension, traitée par un micro-processeur permet de connaitre la concentration en eau de l'air, exprimée en gr/m3 sur un indicateur de sévérité. Le voyant «ICE» avertit le pilote du début de givrage. Le voyant «FAULT» signale la mise hors service de la chaîne. Un poussoir «TEST» permet le contrôle du bon état de la chaîne. 1.9.6.1 Principe du détecteur de givre Pas de givre : Le détecteur veille Le système, est mis en service dès que la température extérieure atteint |+7°C. Quelle que soit la vitesse de l’appareil l’air ambiant est mis en mouvement par l’air inducteur P2. Tant qu’il n’y a pas de formation de givre sur le capteur, le phototransistor reçoit l’éclairement maximal. La tension de sortie traitée par le micro-processeur n’active aucune signalisation ; tout est normal. Vers microprocesseur AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 19 Module 13.15 Page 20 sur 42 Détection de conditions givrantes L’épaississement progressif de la pellicule de givre sur le capteur diminue l’éclairement du photo transistor. Pour une épaisseur de givre de 12/100 de mm la tension de sortie U du photo transistor traitée par le micro- processeur allume le voyant ICE. Le pilote est informé que les conditions givrantes sont atteintes. Ce voyant reste allumé tant que ces conditions existent. Mesure de la sévérité de givrage (concentration en eau) Lorsque l’accumulation de givre atteint 26/100 de mm la tension de sortie du photo-transistor atteint une valeur prédéterminée. Le temps mis pour atteindre cette tension depuis l’allumage du voyant «ICE» est intégré par le micro-processeur. Il permet de connaître la sévérité du givrage qui est proportionnelle à la concentration en eau de l’air. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 20 Module 13.15 Page 21 sur 42 Remise en condition du détecteur Afin de suivre en permanence l’évolution de la sévérité de givrage, lorsque l’épaisseur de glace atteint 28/100 mm le micro-processeur commande le réchauffage du capteur. Le dépôt de glace disparaît, le phototransistor reçoit l’éclairement maximum, la séquence de réchauffement est arrêtée. Un nouveau cycle de détection peut commencer. NOTEZ : La phase de dégivrage du capteur est rapide car son inertie thermique est faible. Pendant le dégivrage du capteur, la dernière valeur affichée sur l’indicateur est gardée en mémoire avant d’être remise à jour par le prochain cycle de givrage. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 21 Module 13.15 Page 22 sur 42 1.9.6.2 Schéma fonctionnel du détecteur de givre Mise sous tension de l’installation La mise sur marche de l’interrupteur 101W provoque : l’ouverture de l’électro-robinet (141W), l’alimentation en 115V/400Hz de la sonde 99W et l’excitation du relais 130W. Le voyant vert «ALIM» est allumé. Test manuel La mise sur «TEST» de l’interrupteur 102W provoque l’initialisation de la séquence de test qui dure 4 à 5 secondes. Pendant le test les voyants ambre GIVRE, DEFAUT, D.GIV et AVERT s’allument. L’aiguille de l’indicateur 103W se positionne sur 1g/m3. Détection de givre Lorsque l'épaisseur de givre accumulé sur le capteur atteint 12/100e de mm, une masse est délivrée aux voyants ambre «GIVRE» qui s'allument. Défaut de l’installation Un défaut de fonctionnement de la sonde 99W ou une pression P2 anormale (P24,7 bar) provoque l’allumage du voyant DEFAUT. Les voyants D.GIV et AVERT s’allument. Défaut d’alimentation 115/400Hz La perte du 115V/400Hz provoque la désexcitation du relais 130W. La centrale d’alarmes 32W est activée au travers du contact repos du relais et de l’interrupteur sur position marche. Les voyants D.GIV et AVERT s’allument. Le voyant vert ALIM s’éteint. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 22 Module 13.15 Page 23 sur 42 1.9.7 Détecteur de givre U.C.C. Le détecteur de givre est constitué d’une antenne profilée, placée dans le vent relatif, contenant une capsule de STRONTIUM 90 (1) (émetteur de particules β), d’un tube compteur de particules Geiger-Muller (4), d’une résistance de chauffage (2) et d’un contacteur thermique (3). La zone de captage du givre est ménagée entre la capsule de strontium et le tube Geiger- Muller. 1.9.7.1 Les composants du détecteur de givre Source radio active Une capsule renferme des sels de STRONTIUM 90 source d’émission de particules β (bêta) constituées d’électrons de charge négative. Le rayonnement émis est de faible longueur (quelques millimètres hors de l’enveloppe de la sonde). ATTENTION : La manipulation, l’entretien, le transport de cette sonde fait l’objet de précautions particulières. Tube Geiger-Muller Le gaz à très faible pression contenu dans le tube devient conducteur lorsqu’il est «IONISE» par les particules b qui le traversent. La décharge produite entre l’anode et la cathode vide le tube de tous ses électrons négatifs. Le rôle de la très forte résistance est de faire chuter la tension et d’interrompre la décharge. Le tube est alors prêt à enregistrer le passage de nouvelles particules. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 23 Module 13.15 Page 24 sur 42 1.9.7.2 Principe de fonctionnement du détecteur de givre U.C.C. Pas de givre Interrupteur (7) sur marche, le tube Geiger-Muller (4) est alimenté en haute tension par le convertisseur (6) lui-même alimenté en 115V/400Hz au travers du poussoir TEST (8). Le convertisseur (5) génère du courant basse tension qui charge le condensateur C5, le transistor Q1 étant bloqué aussi longtemps qu'une décharge ne se produit pas dans le tube Geiger-Muller (4). NOTEZ : le transistor Q2 est bloqué : la tension de sa base étant inférieure à la tension de son collecteur pendant la charge de C5. Lorsque le tube (4) est ionisé, la décharge fait chuter la tension de base de Q1 qui conduit, provoquant la décharge de C5. Tant que la fréquence de décharge du tube (4) est inférieure au temps de charge du condensateur C5, le transistor Q2 reste bloqué : le relais K1 est au repos, le voyant ICE est éteint. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 24 Module 13.15 Page 25 sur 42 Givrage La glace accumulée sur la sonde absorbe une partie des particules émises par la source (1). Pour une épaisseur prédéterminée de glace, le temps entre chaque décharge du tube devient supérieur au temps de charge du condensateur C5. Le transistor Q2, polarisé, conduit, le relais K1 est excité. Le 115V, par K2 au repos, alimente la résistance (2) de réchauffage de la sonde. Le voyant ICE est allumé. La glace fond, la fréquence de décharge du tube (4) augmente, le relais K1 passe au repos le voyant s’éteint. NOTA : l’allumage périodique du voyant ICE indique que l’appareil vole toujours en atmosphère givrante. La fréquence des allumages donne une idée de la sévérité de givrage. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 25 Module 13.15 Page 26 sur 42 Givrage sévère Si la couche de glace s’accumule plus vite que le chauffage ne la fait fondre ; les cycles sont interrompus (plus de passage de particules). La résistance chauffante (2) reste alimentée en permanence. La température augmente et atteint le seuil de fermeture du contacteur thermique (3). Le relais K2 est excité et auto-maintenu. Le chauffage est coupé. Le voyant est allumé en permanence attirant l’attention de l’équipage sur la sévérité du givrage. Pour remettre le système en configuration initiale il faut mettre l’interrupteur (7) sur arrêt (RST) puis sur marche pour couper l’auto-alimentation de K2. Test Interrupteur (7) sur Marche, le poussoir de test (8) enfoncé, l’alimentation haute tension est coupée arrêtant le cycle de ionisation du tube Geiger-Muller (4) : Q1 reste bloqué tension de base = 0V La tension aux bornes de C5 augmente et atteint le seuil de polarisation de Q2 qui conduit, K1 est excité, le voyant ICE s’allume, la résistance de chauffage (2) est alimentée. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 26 Module 13.15 Page 27 sur 42 2 Systèmes d’antigivrage et de dégivrage La lutte contre le givrage s’effectue soit préventivement : Antigivrage Soit curativement : Dégivrage Ce chapitre traite des systèmes autonomes de l’aéronef pour lutter contre les phénomènes de givrage. Nous n’aborderons pas ici le dégivrage et l’antigivrage des aéronefs avec les moyens de lutte au sol. Ce sujet est évoqué dans le module 7.17 Manutention et stockage des aéronefs. 2.1 Impact du givrage sur l’avion et remèdes Zones Effets Protections Hélices Diminution des performances Dégivrage aérodynamiques électrothermique Augmentation des contraintes Dégivrage par mécaniques électro-expulsion Augmentation du balourd Impact blocs de glace Surfaces portantes Diminution des performances Dégivrage aérodynamiques aérodynamiques pneumatique (Ailes, empennages) Augmentation de la masse Dégivrage chimique Augmentation de la trainée Antigivrage Gouvernes Diminution des performances Dégivrage aérodynamiques pneumatique Risque de blocage Antigivrage Moteurs Risque d’extinction Grilles Perte performances Tapis chauffants Risque de pompage Verrières Diminution visibilité Dégivrage électrothermique Antennes Vibrations Dégivrage électrique Arrachement Pitots Perte d’indication Dégivrage électrothermique Sur un avion turbopropulseur classique, la puissance de servitude (Pneumatique (Bleed) et puissance électrique) est inférieure à celle d’un Turboréacteur. Aussi, la protection thermique en continu est impossible, en particulier pour les surfaces portantes. La solution consiste à installer un système pneumatique de dégivrage sur les surfaces critiques (ex : les ailes,…), complété par un système électrique d’antigivrage sur les éléments où le dégivrage pneumatique n’est pas possible (ex : les éléments tournants comme les hélices, les hublots et pare-brises, sondes, etc…) AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 27 Module 13.15 Page 28 sur 42 2.2 Les systèmes électriques Systèmes préventifs constitués par des résistances chauffantes protégées par une enveloppe en caoutchouc sous forme de tapis fixés aux bords d'attaque et entrée d'air. Ces tapis peuvent être collés sur les pieds de pales et bord d’attaques. Un programme par cycle ou chauffage continu peut être mis en fonctionnement suivant l'intensité du givrage. Des résistances chauffantes situées à l'intérieur ou à la périphérie de l'élément à protéger servent à l'antigivrage des pitots, drains, mats d'évacuation...... Ces dispositifs disposent souvent de 2 puissances de chauffe (relais sol/vol). Les éléments dégivrés électriquement sont : Les pare-brises et les sondes sont en permanence alimentés. Les glaces latérales sont réchauffées pour le désembuage. La partie interne des pales d’hélices est dégivrée électriquement, la partie externe est dégivrée par la force centrifuge de rotation de l’hélice. Les cornes des commandes de vols (ailerons, profondeur, direction). AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 28 Module 13.15 Page 29 sur 42 2.2.1 Dégivrage des hélices Les hélices sont dégivrées électriquement sur la partie interne de la pale, zone allant du centre de la pale vers le moyeu de l’hélice. La partie externe de la pale, du centre vers l’extérieur, est dégivrée par la force centrifuge. Les systèmes de dégivrage d’hélices peuvent être : Des résistances noyées entre deux couches de caoutchouc, Des dégivreurs constitués de matériaux composites chargés de particules conductrices (solution moins sensibles aux impacts que la résistance noyée entre 2 couches de caoutchouc). AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 29 Module 13.15 Page 30 sur 42 2.2.2 Dégivrage des pare-brises et hublots L'antigivrage du pare-brise assure : la visibilité complète durant tout le vol (absence de givre et de buée) Une bonne résistance mécanique des composants à la ΔP et aux chocs. L'élément conducteur est généralement constitué d'un film ou de bandes d'or, de chlorure d'étain ou de platine pris entre 2 couches de verre ou de vinyle. Les systèmes de régulation assurent des températures internes au pare brise de 35 à 45°C. Cela correspond à une température de minimum de +2°C sur la vitre extérieure du pare brise. Un film résistif incorporé entre deux strates du pare-brise permet de le réchauffer. On prévoit deux puissances de réchauffage pour les pare brises avant : Demi puissance au sol (35W/dm²) Pleine puissance en vol (70W/dm²) Une seule puissance pour les vitres latérales (20W/dm²) pour la fonction désembuage. Les pare-brises disposent de capteurs de température pour réguler la température de chauffe. 2.3 Les systèmes pneumatiques curatifs Ce dispositif curatif consiste à déformer les profils de bords d'attaque et empennage pour casser la couche de glace par des mouvements alternatifs de gonflage et dégonflage de cellules tubulaires. Pour que ce système soit efficace, il faut attendre que la couche de givre atteigne une certaine épaisseur (8 à 12 mm). Ce système est interdit d'emploi au décollage et atterrissage. (Déformation aérodynamique des profils). Une minuterie permet de commander des électrovannes de pression et dépression suivant une séquence déterminée (cycle lent : marche 30s, arrêt 150s ; cycle rapide : marche 30s ; arrêt 30s). AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 30 Module 13.15 Page 31 sur 42 Les parties de l’avions qui seront dégivrées par un système pneumatique curatif sont généralement : Les entrées d’air moteur Bords d’attaque des ailes et des empennages horizontaux AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 31 Module 13.15 Page 32 sur 42 2.4 Les systèmes pneumatiques préventifs Utilisés sur avion équipés de Turboréacteurs, ils agissent préventivement pour empêcher la formation de glace. L’énergie est fournie par l’air de prélèvement BLEED, prélevé sur les moteurs. 2.4.1 Antigivrage nacelle et moteur : Chaque réacteur assure son propre antigivrage à l'aide d'un circuit spécifique, indépendant des autres systèmes pneumatiques. L'air chaud est prélevé sur 1 ou plusieurs étages du compresseur HP. Une seule commande par moteur assure le fonctionnement d'une ou plusieurs électrovannes pneumatiques. Des voyants assurent le bon fonctionnement. L'électrovanne se ferme automatiquement en cas de surchauffe dans la gaine et reste ouverte en cas de perte d'alimentation électrique. L'air chaud circule autour de l'entrée d'air, dans les aubes de prérotation et le cône d'hélice s'il est fixe. L'utilisation de ce système réduit les performances du moteur et augmente sa consommation. Sur A330, lorsque l'ENG ANTI ICE VALVE est ouverte, le N1 limite est automatiquement réduit et le N1 ralenti est automatiquement augmenté. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 32 Module 13.15 Page 33 sur 42 AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 33 Module 13.15 Page 34 sur 42 2.4.2 Antigivrage voilure : L'air chaud est prélevé sur le collecteur pneumatique alimenté par les réacteurs et l'APU. Cet air chaud est délivré à l’intérieur du bord d’attaque (bec) par un diffuseur (Tube piccolo) La commande par demi-voilure ou voilure entière s'effectue à l'aide de poussoirs ou d'interrupteur qui peuvent activer une ou plusieurs électrovannes. Le contrôle et les alarmes sont assurés par des voyants qui s'allume en cas de sur/sous pression et de température excessive (90 à 120°C) dans le conduit. L'électrovanne se ferme automatiquement. Au sol les électrovannes sont fermées (contact amortisseurs) pour éviter une déformation du profil et garantir la poussée maxi au décollage. La position GRND CHECK permet le test du circuit et la détection des alarmes. La distribution s'effectue par des gaines dans le bord d'attaque, de tubes télescopiques pour les becs. Les empennages possèdent rarement des dispositifs d'antigivrage à cause de leur flèche importante et de l'élévation de T° due au Mach. Lorsque l'antigivrage est commandé, le N1 est idem que ci-dessus. En cas de perte d'alimentation électrique, la/les vannes se fermeront. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 34 Module 13.15 Page 35 sur 42 AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 35 Module 13.15 Page 36 sur 42 2.5 Les systèmes chimiques Par suintement : consiste à faire suinter un liquide au travers d'un revêtement poreux qui enveloppe les éléments à protéger. Le liquide abaisse le pouvoir de congélation de l'eau. Sur hélice, par écoulement (exsudation): l'alcool est projeté sur le bord d'attaque du pied de pale et la vitesse centrifuge l'étale le long de la pale. Système corvette AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 36 Module 13.15 Page 37 sur 42 3 Systèmes d’essuie glaces, Anti-pluie et chasse-pluie 3.1 Essuie-glaces Les essuie-glaces améliorent la visibilité sous la pluie. Les bras d'essuie-glaces sont entraînés à partir d'un moteur électrique par deux convertisseurs transformant le mouvement de rotation du moteur en battement (système bielle-manivelle). Le fonctionnement des essuie-glaces peut être soit intermittent, soit continu, en vitesse lente ou rapide. Le lave glace pulvérise du liquide de lavage lorsque les essuie glace fonctionnent. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 37 Module 13.15 Page 38 sur 42 3.2 Liquide anti mouillant (Rain Repellent) Dès que la visibilité au travers du pare-brise devient réduite (à cause de la pluie), le pilote presse sur le bouton poussoir " Rain Repellent " afin d’activer le système: une quantité calibrée de fluide est pulvérisée sur le pare-brise ce qui aura pour effet de rétablir une visibilité parfaite en moins de 5 secondes. Le liquide anti-mouillant (rain repellent) est contenu dans une bouteille pressurisée. Ce dispositif est utilisé sous fortes pluies lorsque l'action des essuie-glaces est insuffisante. Le principe repose sur la diminution de la mouillabilité du pare-brise en interposant un film protecteur entre les gouttes d'eau et le pare-brise. L'efficacité après une impulsion sur le bouton poussoir : 2 à 4 mn. Quelques précautions d'utilisation : Liquide très corrosif, ne pas utiliser sur glace sèche. Ne pas utiliser avec l'essuie glace, formation d'une pellicule blanchâtre. Nota : De nouvelles technologies de fluide permettent l’utilisation avec des essuie-glaces Ne pas utiliser à une température < -15°C. Circuit Rain Repellent sur A340 AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 38 Module 13.15 Page 39 sur 42 Circuit Rain Repellent sur A380 Effet du Rain Repellent sur un pare-brise AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 39 Module 13.15 Page 40 sur 42 4 Réchauffage des sondes et des drains Des résistances chauffantes situées à l'intérieur ou à la périphérie de l'élément à protéger servent à l'antigivrage des pitots, drains, mats d'évacuation...... Ces dispositifs disposent souvent de 2 puissances de chauffe (relais sol/vol). 4.1 Circuit de réchauffage des sondes Les sondes sont équipées de systèmes électriques de réchauffage empêchant la formation de glace pouvant obturer la prise d’information : Tube Pitot Prises statiques Sonde de température (TAT : Total Air Temperature) Sonde d’angle d’attaque (AOA : Angle Of Attack) AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 40 Module 13.15 Page 41 sur 42 4.2 Circuit de réchauffage des drains et du circuit d’eau Un système de protection électrique est nécessaire pour prévenir la formation de glace dans les tuyauteries d’eau et les drains, en vol et au sol en conditions verglaçante. Les éléments de chauffage électriques ont des capteurs de température installés dans les systèmes suivants: Circuits d’eau Mats de drains Panneaux de service eau Lignes de réservoirs d’eau potable et valves Lignes de réservoirs d’eaux usées et valves Les éléments de chauffage électriques sont contrôlés et gérés par des cartes électroniques de contrôle de protection Glace (Ice Protection Control Units (IPCUs)). Ces systèmes fonctionnent selon les retours des capteurs de température. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 41 Module 13.15 Page 42 sur 42 4.3 Réchauffage carburant L'eau contenue dans le carburant, à des températures très basses, peut se figer et colmater le filtre principal. Un réchauffeur est donc installé en amont du filtre et du régulateur. L'air chaud prélevé sur le moteur est acheminé vers le réchauffeur. Une vanne peut être installée pour limiter le prélèvement d'air. Sur la plupart des aéronefs modernes le réchauffage est assuré par l’huile moteur. AIR FORMATION CFM 66 © 08/2012 42