Architecture radar modulaire

Abstract

 La présente invention concerne les systèmes d'émission ou de réception fonctionnant sous des conditions climatiques variées et en particulier par temps froids et humides propices à la formation de givre. Et a pour objet de résoudre le problème de la formation de givre a la surface du radôme dans lequel est généralement logée l'antenne équipant un tel système.
Elle consiste en la mise en place de moyens pour générer un courant d'air chaud laminaire venant circuler sur toute la surface du radôme sur laquelle il se rafraîchit, pour récupérer l'air rafraîchi et le réchauffer avant de le faire de nouveau circuler à la surface du radôme sous forme d'un courant laminaire. Le circuit de circulation d'air à la surface du radôme est ainsi un circuit fermé ou quasi fermé qui permet de maintenir l'air circulant à une température suffisante pour assurer le dégivrage tout en limitant la consommation d'énergie de l'ensemble en régime établi.
L'invention concerne en particulier, mais non exclusivement, le fonctionnement des systèmes de détection radioélectrique à antennes fixes couvrant un secteur angulaire délimité par un plan.

Description

[0001] La présente invention concerne les systèmes d'émission ou de réception fonctionnant sous des conditions climatiques variées et en particulier par temps froids et humides propices à la formation de givre.
Elle concerne en particulier, mais non exclusivement, le fonctionnement des systèmes de détection radioélectrique à antennes fixes couvrant un secteur angulaire délimité par un plan (angle d'ouverture du diagramme d'antenne inférieur à 180°ou angle de ba layage inférieur à 180°), dont les antennes sont installées en espace découvert sous des radômes.

[0002] Dans certaines conditions d'environnement, les équipements au sol de détection radar sont très perturbés par certaines conditions climatiques généralement récurrentes qui induisent la formation de couche de givre dont l'épaisseur est parfois suffisante pour altérer le fonctionnement de l'équipement en modifiant ses caractéristiques d'émission ou de réception radioélectriques. Ainsi une antenne sous radôme peut voir ses performances fortement dégradées par le simple fait que le radôme sous lequel elle se trouve présente une surface couverte d'une épaisse couche de givre.

[0003] Pour lutter contre le givre pouvant se former sur une surface exposée, il existe diverses solutions. Il est par exemple possible de procéder à un dégivrage mécanique consistant en pratique éliminer par grattage, au moyen du dispositif approprié, la couche de givre ayant pris forme sur la surface considérée. Cependant, un tel moyen est avant tout applicable aux cas de surface mécaniquement peu fragiles, ce qui n'est généralement pas le cas d'un radome. De même il est également possible d'utiliser un moyen de dégivrage thermique consistant par exemple en un réseau de résistances en contact avec la surface à dégivrer et dont la mise en service (l'alimentation électrique) génère par contact un réchauffement de la surface considérée, suffisant pour faire fondre rapidement la couche de givre. Un tel système est par exemple utilisé pour assurer le dégivrage des lunettes arrières des véhicules automobiles. Cependant un tel système n'est pas utilisable dans le cas d'un radôme car il nécessite de disposer contre la surface du radôme un réseau de résistances électriques qui représentent autant d'obstacle à la propagation des ondes radioélectrique au travers du radôme.
Il est encore également possible de procéder, tant que les conditions climatiques le requièrent, à une aspersion de liquide de dégivrage sur la surface considérée. Cependant ce moyen requiert la mise en place et le remplacement régulier d'une réserve de liquide de dégivrage, ce qui n'est pas toujours aisé s'agissant d'un équipement isolé. En outre l'écoulement du liquide de dégivrage sur la surface d'un radôme, mécanisme nécessairement lent du fait de la température ambiante et du mécanisme même de dégivrage par échange thermique entre le liquide et le radôme, a pour conséquence négative de dégrader les performances radioélectriques du radôme.

[0004] Par suite s'agissant d'un radôme, c'est à dire d'une surface dont l'espace environnant ne doit pas être encombré d'éléments mécaniques pouvant gêner la propagation des ondes radioélectriques, le seul moyen envisageable d'un point de vue pratique consiste à soumettre le radôme à l'action d'un souffle d'air chaud, ou plus généralement de gaz chaud, venant élever la température de l'atmosphère environnant la surface à dégivrer et ainsi créer des conditions climatiques locales rendant la formation de givre impossible. Cependant, le problème posé par une telle solution réside dans le fait que pour créer de telles conditions autour d'une surface exposée à l'air libre, il faut dépenser une quantité d'énergie importante, les pertes caloriques étant importantes. En effet, l'air chaud soufflé sur la surface à dégivrer échange une partie non négligeable de son énergie calorifique avec l'espace libre sans bénéfice pour la surface elle-même. De sorte que pour dégivrer une surface donnée il faut mettre en oeuvre des moyens surdimensionnés, pas toujours compatible de l'infrastructure sur laquelle est placée la surface à dégivrer, un mât ou un pylône, par exemple.
Par suite il n'existe à l'heure actuelle pas de dispositif qui permette de procéder de manière satisfaisante tant du point de vue radioélectrique que du point de vue du rendement énergétique, au dégivrage d'une surface de type radôme placée en espace libre.

[0005] Un but de l'invention est de proposer une solution qui permette de procéder au dégivrage d'une surface de type radôme, en particulier d'une surface plane ou d'une surface non planes délimitée par une surface plane, sans altérer mécaniquement la surfaces traitée, ni affecter les caractéristiques radioélectriques de cette surface. Un autre but est de proposer une solution qui ne nécessite pas d'interventions de maintenance régulières telle que l'approvisionnement en liquide de dégivrage. Un autre but encore est de proposer une solution économique d'un point de vue du rendement énergétique.
A cet effet l'invention a pour objet un dispositif pour dégivrer une surface de type radôme abritant une antenne comportant:

• un générateur d'air chaud ;
• un jeu de canalisations aller pour conduire l'air chaud produit;
• un jeu de canalisations retour pour amener de l'air refroidi vers le générateur d'air chaud;
• des moyens de circulation d'air pour insuffler l'air chaud produit par le générateur dans le jeu de canalisations aller et pour aspirer de l'air refroidi et amener l'air refroidi dans le générateur d'air chaud par le jeu de canalisations retour;
• une buse de diffusion d'air placée à la base du radôme, reliée au jeu de canalisation aller et apte à diffuser l'air chaud sortant du jeu de canalisations aller sous la forme d'un courant d'air chaud laminaire couvrant la totalité de la surface à dégivrer;
• un collecteur d'air placé au sommet du radôme relié au jeu de canalisation retour et apte à récupérer le courant d'air laminaire refroidi ayant circulé sur la surface à dégivrer le courant d'air refroidi étant aspiré et ramené au générateur d'air chaud par le collecteur et le jeu de canalisations retour ;
• des moyens complémentaires pour assurer le guidage du courant d'air chaud laminaire depuis la buse de diffusion sur la totalité de la surface à dégivrer et le guidage dudit courant d'air laminaire refroidi vers la buse de récupération;

l'ensemble étant agencé pour ne pas se situer dans la portion de l'espace occupée par le diagramme de l'antenne.

[0006] Selon un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention, les moyens complémentaires comportent un cadre plan venant se positionner autour du radome pour former avec ce dernier une surface plane plus large que le radôme. La buse de diffusion et le collecteur étant en outre agencés de part et d'autre du cadre, au dessus et au dessous du radôme, les largeurs de la buse et du collecteur sont définies de façon à générer un courant d'air laminaire dont la surface est supérieure à la surface du radôme et qui recouvre la totalité de la surface du radôme.

[0007] Selon une variante du mode de réalisation précédent du dispositif selon l'invention, des résistances chauffantes sont placées niveau de la buse et du collecteur, de sorte mise sous tension dégage une chaleur qui provoque le dégivrage de leurs ouvertures.

[0008] Selon un autre mode de réalisation, adapté à un radôme présentant une surface non plane, les moyens complémentaires comportent une surface non plane sensiblement identique, de constante diélectrique sensiblement égale, venant s'ajuster sur le radôme de façon à ménager un espace interne de circulation d'air de faible épaisseur. Les buses de diffusion et le collecteur sont en outre configurés et agencés sur les moyens complémentaires de façon à faire circuler un courant d'air laminaire dans l'espace interne.

[0009] La solution proposée permet d'éviter les dégradations de performance des antennes puisque l'élément dégivrant ne se compose que d'air chaud (elle consiste à induire un écoulement laminaire d'air chaud sur la surface du radôme).

[0010] Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui expose l'invention au travers de modes de réalisation particuliers pris comme exemples non limitatifs et qui s'appuie sur les figures annexées, figures qui représentent:

• les figures 1 et 2, des illustrations du principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention, appliqué au cas particulier d'un radôme plat;
• la figure 3, une illustration schématique du problème posé par la présence de vent se déplaçant latéralement par rapport au radôme;
• les figures 4 et 5, des illustrations d'un mode particulier de réalisation du dispositif selon l'invention, appliqué au cas particulier d'un radôme plat, permettant de prendre en compte l'action d'un vent latéral;
• la figure 6, une illustration de l'effet avantageux du mode particulier de réalisation des figures 4 et 5
• la figure 7, l'illustration d'une variante du mode de réalisation des figures 4 et 5;
• la figure 8, l'illustration d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention applicable en particulier au cas d'un radôme de surface non plane;

[0011] On s'intéresse dans un premier temps aux figures 1 et 2 qui illustrent un premier exemple de réalisation du dispositif de dégivrage selon l'invention. Cet exemple de réalisation est adapté à un équipement 11 comportant une antenne 12 protégée par un radôme 13 de surface plane. Un tel équipement est par exemple un système de détection à antenne fixe, dont le diagramme de rayonnement 14 se situe dans une portion d'espace limitée par un plan P, matérialisé par le trait pointillé 15 sur la figure 1, parallèle à la surface du radôme (i. e. l'espace en avant du radôme).
Dans une telle configuration matérielle, illustrée par la figure 1, le problème posé par la formation de givre sur le radôme est résolu en faisant circuler à la surface du radôme un écoulement, une circulation, laminaire d'air chaud au moyen de l'équipement approprié. Selon l'invention cet équipement comporte:

• un générateur d'air chaud 16, qui comporte une entrée d'air froid, ou frais, 161, des moyens 162 pour réchauffer cet air froid et l'amener à la température voulue et une sortie d'air chaud 163. Les moyens pour réchauffer l'air frais sont par exemple un calorifère électrique comme symbolisé sur la figure 1.
• un dispositif d'injection forcée d'air 17 branché sur l'entrée d'air frais du générateur d'air chaud 16, qui aspire de l'air par son entrée et fait circuler l'air aspiré vers l'entrée du générateur. Ce dispositif peut être par exemple un ventilateur électrique agencé de façon appropriée à l'entrée du générateur d'air chaud.
• un dispositif d'aspiration 18 qui aspire l'air chaud produit par le générateur 16 et le propulse vers l'extérieur. Ce dispositif peut également être, par exemple, un ventilateur électrique agencé de façon appropriée à la sortie du générateur d'air chaud.
• un jeu de canalisation "aller" 111, débouchant de préférence au niveau de la partie basse du radôme et destiné à amener l'air chaud propulsé par le dispositif d'aspiration 18 au contact de la face avant du radôme, et à diffuser cet air chaud sous forme d'un courant d'air laminaire 19, formant un film d'air chaud à la surface du radôme. Le film d'air chaud pulsé se propage ainsi à la surface du radôme dont il provoque le réchauffement par échange thermique et au contact de laquelle il se refroidit progressivement au cours de sa progression de la base du radôme à son sommet.
• un jeu de canalisations "retour" 112, débouchant de préférence au niveau de la partie haute du radôme et destiné à récupérer l'air rafraîchi ayant circulé à la surface du radôme. L'autre extrémité du jeu de canalisations "retour" 112 est raccordé à l'entrée du dispositif d'injection forcée d'air 17 du générateur d'air chaud 16. Ainsi, l'air rafraîchi à la surface du radôme et présent au niveau de l'extrémité supérieur est aspiré dans le jeu de canalisations "retour" et conduit dans le générateur d'air chaud pour être réchauffé.
  Selon le mode de réalisation envisagé, le dispositif d'injection forcée d'air 17 et le dispositif d'aspiration 18 peuvent des éléments distincts ou être intégrés dans un seul et même équipement disposé à l'entrée 161 du générateur d'air chaud 16.

[0012] Comme on peut le constater sur la figure 1, l'ensemble des moyens décrits dans ce qui précède, constitue un système de dégivrage en circuit fermé ou quasi fermé présentant plusieurs caractéristiques avantageuses.
C'est tout d'abord un système économique, ne nécessitant aucun apport en produit dégivrant.
C'est ensuite un système qui présente un rendement optimum car l'air injecté à l'entrée du générateur d'air chaud 16 est un air rafraîchi dont la température, en régime permanent n'est pas aussi basse que celle de l'air ambiant. En effet, pour obtenir un dégivrage uniforme de la surface du radôme, il est nécessaire que pendant son passage au contact du radôme le flux d'air chaud laminaire ne perde pas la totalité de son énergie calorifique de façon à ce qu'un échange thermique efficace ait lieu également au niveau de la partie haute du radôme. Par suite, pour assurer ces conditions le flux d'air est propulsé avec une vitesse suffisante, fonction en particulier des dimensions du radôme et de la température de l'air chaud en sortie du générateur. Avantageusement, cette vitesse de circulation de l'air permet également d'aspirer après son passage sur la surface du radôme, un air non pas froid, mais simplement rafraîchi qui est retourné vers le générateur d'air chaud. En réutilisant de l'air déjà utilisé, on évite ainsi une trop grande dépense d'énergie dans le réchauffage de l'air de dégivrage.
C'est encore un système facilement automatisable ou télécommandable en particulier dans le cas où le générateur d'air chaud est un dispositif électrique. Aucune action manuelle de réapprovisionnement de matériau consommable n'étant nécessaire, les seules actions à entreprendre pour mettre le système en service sont alors les actions de mise en marche et de régulation du système de dégivrage, actions qui peuvent être réalisées au moyen de commandes électriques ou radioélectriques distantes et/ou d'un système de contrôle automatisé.
Afin d'assurer la dispersion d'un flux laminaire d'air 19 à la surface du radôme, ainsi que la récupération de ce flux refroidi, le jeu de canalisations "aller" comporte à son extrémité débouchant au niveau de la surface du radôme une buse de ventilation 113 dont la forme, définie en fonction du profil de la surface du radôme, assure la canalisation adéquate de l'air chaud. De même le jeu de canalisations "retour" comporte à son extrémité débouchant au niveau de la surface du radôme d'un collecteur d'air 114 dont la forme, également définie en fonction du profil de la surface du radôme, assure une récupération optimale du flux d'air laminaire refroidi après son passage sur la surface du radôme. Ainsi, dans cette forme particulière de réalisation prise comme exemple non limitatif, la buse de ventilation et le collecteur d'air ont, comme l'illustre la figure 2, une forme générale d'entonnoir de section rectangulaire d'épaisseur très faible à son embouchure.

[0013] On s'intéresse ensuite aux figure 3 à 6.
La figure 3, illustre l'influence d'un vent latéral, illustré par la flèche 31, sur l'efficacité du dispositif selon l'invention, dans sa version le plus simple illustrée par les figures 1 et 2, dans le dégivrage d'un radôme à surface plane.
Comme on peut le constater sur cette figure, la présence d'un fort vent latéral a pour effet d'affecter le flux laminaire 19 d'une déformation de son cours. Dans une telle circonstance, le flux laminaire se trouve dévié, du fait notamment de sa faible épaisseur, de sorte qu'une partie 32 de la surface du radôme n'est pas couverte par ce flux d'air chaud et qu'une partie 33 du flux d'air chaud (représentée par une surface pointillée sur la figure) est dissipé dans l'environnement extérieur en pure perte et n'est donc pas utilisée pour le dégivrage du radôme. Les caractéristiques du radôme se trouvent alors perturbées et les performances de l'équipement dégradées.
Les figures 4 et 5 présentent de manière schématique la structure d'une variante de réalisation qui permet avantageusement de résoudre le problème particulier de la présence de vent latéral.
Selon cette variante de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte, outre les éléments décrits précédemment, une pièce d'encadrement plane 41 qui vient encadrer le radôme 13. En outre le dispositif selon l'invention comporte une buse de ventilation 42 et un collecteur d'air rafraîchi 43, dont les dimensions ont été modifiées par rapport à celles des éléments 113 et 114 de la version de base du dispositif. Les dimensions des éléments 42 et 43 sont telles que le flux laminaire produit, symbolisé par les pointillés 44, couvre une surface intermédiaire entre la surface du radôme 13 et la surface de l'ensemble constitué par le radôme 13 et la pièce d'encadrement 41.
L'avantage d'une telle variante de réalisation est visible sur l'illustration de la figure 6. En effet en cas de vent latéral, le flux laminaire d'air chaud produit par le dispositif selon l'invention à la surface du radôme se trouve comme précédemment (cf. figure 3) déformé. Cependant du fait que la surface couverte par ce flux d'air chaud 44 est plus grande que la surface du radome il est avantageusement possible, en dimensionnant la pièce d'encadrement, la buse de ventilation et le collecteur en fonction de la force maximum du vent latéral pouvant apparaître, de produire un flux d'air chaud qui, malgré la déformation subie, couvre la totalité de la surface du radôme, comme illustré sur la figure 6.

[0014] On s'intéresse ensuite à la figure 7 qui illustre une variante de réalisation du dispositif selon l'invention, variante qui peut être combinée aussi bien avec le mode de réalisation de base tel qu'illustré par les figures 1 et 2, qu'avec la variante de réalisation illustrée par les figures 5 et 6.
Selon cette variante de réalisation, le dispositif selon l'invention est pourvu de moyens complémentaires permettant de faciliter sa mise en marche par temps de fort givre, alors qu'il était préalablement à l'arrêt. Ces moyens 71 et 72 ont pour objet de débarrasser les orifices de sortie de la buse de ventilation et du collecteur d'air du givre pouvant les obstruer du fait de leur étroitesse. Ils consistent par exemple en des résistances chauffantes placées dans (ou sur) la buse de ventilation et le collecteur d'air, à proximité des orifices. De la sorte grâce à ces moyens additionnels, qui peuvent être avantageusement mis en service à distance, le dispositif selon l'invention peut être mis en marche après que les orifices ont été désobstrués, et ce, sans intervention humaine.

[0015] Comme il a été dit précédemment, le mode de réalisation décrit dans les paragraphes précédents est ici livré à titre d'exemple de réalisation non limitatif. Ce mode de réalisation a pour particularité d'être bien adapté au dégivrage de surfaces planes, que leur forme géométrique de la surface soit un disque ou un rectangle. Suivant la forme considérée, le profil de la buse de ventilation et du collecteur d'air sont adaptés de façon à établir le flux d'air laminaire le plus approprié, sans que cela ne modifie le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention tel que revendiqué, principe qui peut s'appliquer comme l'illustre la figure 8 à des surfaces non planes, convexes par exemple.
Le mode de réalisation illustré par la figure 8, est particulièrement adapté au cas où pour une raison quelconque, de nature radioélectrique par exemple, le radome 81 placé devant l'antenne présente une surface à profil convexe. Dans ce cas particulier, la production d'un flux d'air chaud laminaire capable de balayer la totalité de la surface du radôme, simplement au moyen d'une buse de ventilation 82 et d'un collecteur d'air rafraîchi 83 est difficile voire impossible à réaliser, sauf au prix de pertes considérables et d'un rendement faible voire très faible. C'est pourquoi dans un telle mode de réalisation, les moyens complémentaires de guidage du flux d'air laminaire sont indispensables et prennent une forme particulière, adaptée au profil du radôme. Cette forme de réalisation particulière permet de limiter les déperditions d'air chaud et donc de limiter la consommation en énergie du système.
Ces moyens 84 sont, en pratique constitués, par un élément de guidage du flux d'air dont la surface a un profile semblable à celui du radôme et réalisé dans le même matériau que celui-ci ou réalisé dans un matériau présentant des caractéristiques diélectriques proches. Cet élément est par ailleurs conçu et agencé de façon à ce que sa face interne définisse avec la face externe du radome un espace laminaire 85 dans lequel circule le flux d'air chaud. De la sorte le flux d'air chaud produit par le dispositif selon l'invention maintient la surface de l'élément de guidage 84 à une température empêchant la formation de givre; le maintien en température étant réalisé par échange thermique entre le flux d'air et la surface interne de l'élément de guidage 84 puis par conduction à travers de l'épaisseur de matériau qui le constitue.
Une tel mode de réalisation présente l'avantage particulier de pouvoir être adapté au dégivrage d'une large gamme de surfaces, allant d'une surface plane, d'un radôme plan, à une surface de type hémisphérique, voire sphérique.

[0016] Le mécanisme selon l'invention tel que décrit dans ce qui précède, présente ainsi plusieurs avantage, le principal étant qu'il permet d'assurer le dégivrage du radôme auquel il est associé. Cet avantage est obtenu en générant localement, à la surface du radôme, un flux d'air chaud laminaire qui réchauffe la surface du radome sur laquelle il circule et qui après s'être rafraîchi au contact de la surface est ensuite récupéré et réchauffé. Ce principe de recyclage, rendu possible par la circulation d'air forcée qui est entretenue par le dispositif selon l'invention, permet avantageusement de réaliser un dispositif plus économique qu'un dispositif fonctionnant en circuit ouvert par chauffage de l'air froid extérieur. Incidemment, le dispositif selon l'invention présente également l'avantage d'être télécommandable ou même automatisable.

Revendications

1. Dispositif pour dégivrer une surface de type radôme abritant une antenne caractérisé en ce qu'il comporte:

- un générateur d'air chaud ;

- un jeu de canalisations aller pour conduire l'air chaud produit;

- un jeu de canalisations retour pour amener de l'air refroidi vers le générateur d'air chaud;

- des moyens de circulation d'air pour insuffler l'air chaud produit par le générateur dans le jeu de canalisations aller et pour aspirer de l'air refroidi et amener l'air refroidi dans le générateur d'air chaud par le jeu de canalisations retour;

- une buse de diffusion d'air placée à la base du radôme, reliée au jeu de canalisation aller et apte à diffuser l'air chaud sortant du jeu de canalisations aller sous la forme d'un courant d'air chaud laminaire couvrant la totalité de la surface à dégivrer;

- un collecteur d'air placé au sommet du radôme relié au jeu de canalisation retour et apte à récupérer le courant d'air laminaire refroidi ayant circulé sur la surface à dégivrer le courant d'air refroidi étant aspiré et ramené au générateur d'air chaud par le collecteur et le jeu de canalisations retour ;

- des moyens complémentaires pour assurer le guidage du courant d'air chaud laminaire depuis la buse de diffusion sur la totalité de la surface à dégivrer et le guidage dudit courant d'air laminaire refroidi vers la buse de récupération;

l'ensemble étant agencé pour ne pas se situer dans la portion de l'espace occupée par le diagramme de l'antenne.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que:

- le radome présentant une surface plane les moyens complémentaires comportent un cadre plan venant se positionner autour du radome pour former avec ce dernier une surface plane plus large que le radôme

- la buse de diffusion et le collecteur étant agencés de part et d'autre du cadre, au dessus et au dessous du radôme, les largeurs de la buse et du collecteur sont définies de façon à générer un courant d'air laminaire dont la surface est supérieure à la surface du radôme et qui recouvre la totalité de la surface du radôme.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le radôme étant une surface non plane, les moyens complémentaires comportent une surface non plane de forme sensiblement identique à celle du radôme, de constante diélectrique sensiblement égale, venant s'ajuster sur le radôme de façon à ménager un espace interne de circulation d'air de faible épaisseur, les buses de diffusion et le collecteur étant configurés et agencés sur les moyens complémentaires de façon à faire circuler un courant d'air laminaire dans l'espace interne l'air chaud étant délivré dans l'espace interne par la buse de diffusion située à la base du radôme et l'air refroidi étant récupéré par le collecteur situé au sommet du radôme.

4. dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des résistances chauffantes sont placées niveau de la buse et du collecteur, de sorte mise sous tension dégage une chaleur qui provoque le dégivrage de leurs ouvertures.

Dessins