Brevet FR2006949A1 — publié le 19700102

La présente invention se rapporte à une sonde montée sur un mât ou un aileron qui est assez courte pour satisfaire à certains critères physiques, tout en produisant deux chambres de détection de pression statique séparées fournissant des mesures de 5 pression dans des limites acceptables. La sonde présente une irrégularité provoquant une discontinuité dans la pression normale et produisant une région d'erreurs de pression statique décroissantes et, conjointement avec l'aileron, produit au moins deux emplacements ayant des pressions identiques. La distribution des pressions 10 est modifiée de manière qu'en plaçant les orifices à des emplacements déterminés, ceux-ci mesurent des pressions identiques ayant une relation connue avec la pression statique locale et en maintenant la section de transition suivant un faible angle par rapport à la direction de l'écoulement, l'influence des variations 15 de vitesse de l'avion peut, elle aussi, être maintenue à un minimum* D'autres caractéristiques et avantages de l'invention rassortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, 20 dans lequel t - la figure 1 est une vue en plan d'une sonde conforme à l'invention installée sur un avion ; - la figure 2 est une représentation graphique d'une courbe de pression normalisé* tracée par rapport à la longueur 25 d'une sonde pour trois types différents de sonde et, en particulier, par rapport à la sonde occupant la position que montre la figure t } - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1 ; et, 30 - la figure 4 est une représentation graphique de la par tie centrale du diagramme de la figure 2, montrant les courbes de pression normalisées réelles pour une sonde construite conformément à l'invention, à une plus grande échelle. En se référant au dessin, on voit une sonde manométrique 35 désignée en son entier par 10 qui est montée sur le fuselage d'un avion 11 par des moyens de montage appropriés qui comportent une base 12 servant à supporter un aileron latéral 13. Un barillet 69 13243 2 2006949 tubulaire 14 fait partie intégrante de l'extrémité extérieure de l'aileron 13 et a un axe longitudinal 15 orienté suivant une direction prédéterminée par rapport à l'axe normal de vol de l'avion» L'aileron 13 est, évidemment, caréné pour réduire la traî— 5 née et est réalisé de façon à placer le barillet 14 à une distance prédéterminée D du côté du fuselage 11, de manière que ce barillet ne soit pas influencé par la couche d'air limite sur le fuselage* La sonde représentée est une combinaison d'un tube de Pitot et d'une sonde statique et en se référant à la figure 3, on 10 voit que l'extrémité antérieure du barillet est percée d'un canal 16 orienté vers l'avant et qui perçoit la pression d'impact s*exerçant sur la sonde. Ce canal débouche dans une chambre 17 d'où s'étend un tube de Pitot 18. L'extrémité du tube 18 contenu dans la chambre 17 est fermée, celui—ci présentant une ouverture près de 15 son extrémité pour détecter la pression. Le tube 18 est raccordé à des instruments appropriés 18A de l'avion. Une cloison 19 situé* à l'intérieur du barillet sépare la chambre 17 d'une première cham— bre de détection 22 qui débouche dans l'atmosphère à travers deux orifices 23 et 24, diamétralement opposés et qui sont situés res— 20 pectivement au sommet et à la base du barillet. Les orifices 23 et 24 sont dans le même plan radial. Une résistance chauffante de dégivrage 46 est représentée sur la surface intérieure de la sonde et un trou de drainage 45 est prévu pour évacuer l'humidité# Comme représenté, le barillet de la sonde présente une 25 extrémité antérieure effilée 25, de profil classique, qui se raccorde à une partie cylindrique 25 dans laquelle sont percés les orifices 23 et 24. En général, les barillets des sondes classiques de ce genre ont un diamètre uniforme jusqu'à l'aileron de montage. Par 30 contre, dans la présente invention, une partie ou une surface conique 27 s'étend en arrière de la surface cylindrique 26 à une secon 69 13243 3 2006949 sième cloison 33 est prévue pour délimiter une seconde chambre de pression statique 34. La seconde chambre 34 est complètement iso-, lée de la chambre 22. Un troisième et un quatrième orifices 35 et 36 sont percés dans la paroi du barillet et débouchent dans la 5 chambre 34. Les orifices 35 et 36 sont eux aussi, diamétralement opposés et sont en ligne avec les orifices 23, 24, mais en sont espacés axialement le long de la sonde. Les axes des orifices 3$~ et 36 sont situés sur le même plan radial. Un premier tube de détection de pression statique 37 raccorde la chambre 22 à des ins— 10 truments primaires appropriés situés dans le compartiment, un second conduit de pression statique 38 partant de la chambre 34. Dans l'exemple représenté, la chambre 34 est limitée par une troisième cloison, mais elle pourrait aussi s'étendre jusqu'à l'extrémité postérieure de la sonde et même, jusqu'à l'intérieur 15 1» aileron, le cas échéant. Toutefois, la chambre 34 est isolée de la chambre 22, par la cloiâon 32. Dans une sonde normale montée dans Tin aileron oum mât cylindrique rectiligne, il n'est pas possible de placer simplement deux orifices de détection de pression statiques le long de celle-ci pour obtenir un système jucTlé, car 20 avec une seule surface cylindrique, la pression détectée aux deux orifices est différente, à cause des perturbations locales de pression produites par l'aileron 13. La figure 2 montre trois courbes se rapportant à une fonc— P P tion de pression normalisée m- dans laquelle Pm est la pression 25 mesurée, P est la pression stâfique locale et qc est la pression d'impact moins la pression statique. Cette fonction de pression normalisée est un facteur commun utilisé comme base de comparaison de pressions. La longueur de l'axe des X est liée à celle de la sonde de la figure 1, comme représenté. Le long de l'axe des Y a 30 été portée l'erreur de pression, à la fois en plus et en moins. Il P est à noter que lorsque m est égal à P, il n'y a pas de compen-sion de la pression. La première courbe 41 tracée en traits continus indique la distribution des erreurs de pression le long d'une sonde comportant un barillet cylindrique 14 ayant le même diamètre 35 jusqu'à l'aileron 13. La courbe en tirets 42 indique la distribution des pressions le long d'une sonde construite comme représenté sur la figure 1, une relation étant établie avec cette figure 69 13243 4 2006949 1 par les lignes en tirets s'étendant des orifices statiques 23 et 35. La courbe 43, tracée en traits mixtes, se rapporte à une sonde cylindrique rectiligne ne comportant pas d'aileron 13» On voit que lorsque la sonde a une longueur appréciable, la distor«-5 sion de la pression ne tarde pas à disparaître et la courbe revient au niveau de zéro, de sorte qu'en n'importe quel point le long de la sonde deux orifices statiques mesureraient la même pression» Ces courbes donnent les profils de pression des sondes et peuvent être obtenues par des essais en soufflerie. L'influence de l'ai— 10 leron est mise en évidence par la différence d'allures entre les courbes 41 et 43. En se référant à la courbe 41, on voit que la fonction de pression, laquelle est sans dimension et normalisée devient réellement négative le long de la sonde dans la partie antérieure 15 conique et ne croise l'axe de zéro qu'après avoir atteint la partie cylindrique. Toutefois, ensuite, la pression s'élève de façon sensible dans les régions situées à l'avant et à proximité de l'aileron, de sorte qu'elle augmente rapidement en approchant de ce dernier. 20 Les orifices statiques doivent être placés à une certaine distance en arrière du bord antérieur de la sonde lorsque celle-ci est utilisée avec un orifice de détection de Pitot, à cause de l'incertitude et de la variabilité du champ de pressions près du bord d'attaque du canal 16 au nez de la sonde et en raison de l'in— 25 fluence nuisible du trou de drainage 45 sûr les orifices de détection postérieure. L'humidité provenant du trou 45 peut soulever des difficultés lorsqu'un espace convenable n'est pas ménagé. De plus, l'écoulement autour de 11 aileron n'est pas aussi fiable que celui obtenu au milieu du barillet de la sonde. En conséquence, les 30 orifices de pression statiques doivent être placés loin du nez ou du bord d'attaque de la sonde et, en outré, aussi loin qiie possible de l'aileron. Lorsque la sonde ne mesure que les pressions statiques, son nez ou bord d'attaque ne pose pas autant de problèmes, mais l'aileron; continue d'en poset. Si des orifices statiques rac-35. cordés séparément peuvent être logés dans une sonde montée sur lin aileron ou un mât. cylindrique normal (courbe 41) et mesure les mêmes pressions, on voit par l'allure de la courbe 41 que l'un des 69 13243 5 2006949 groupes d'orifices devrait être très près du nez et l'autre, très près du mât ou de l'aileron» De plus, leur performance ne serait pas fiable en raison des variations du champ de pressions au nez, produites par le bord d'attaque effilé, et à l'aileron. Les ori— 5 fices des différentes chambres doivent être espacés axialement pour éviter une circulation inverse (hors de la sonde) par l'un des orifices, circulation inverse provoquée par une rupture d'un conduit loin dans une aire pressurisée de l'avion, d'affecter la pression mesurée à la seconde chambre. •|0 La surface conique 27 est prévue pour modifier la distri bution des pressions ou le profil le long d'une courte sonde de façon à obtenir une détection jumelée fiable. Cette surface conique provoque en avant de l'aileron, une perturbation prévisible et fiable du champ de pression. L'allure ou le profil de la dis-15 tribution des pressions est décrit par la cosrbe 42 qui montre qu'en avant de la jonction entre la première surface cylindrique 26 et la surface conique 27, l'erreur de pression qui était négative devient positive comme représenté sur la figure 2, et cette courb* s'invers* dans la région située à droite de la jonction en-20 toe ces deux surfaces. L'erreur devient ensuite à nouveau négative à l'endroit où la surface conique se termine et où la seconde surface cylindrique 28 commence. Ceci est dû à l'accélération de l'écoulement le long de la surface conique. L'erreur de pression redevient ensuite positive, puis suit la eourbe 41 dans la région 25 immédiatement voisine de l'aileron 13» Ici encore, les deux orifices doivent être espacés le plus possible du nez de la sonde et aussi, de l'aileron pour obtenir la distribution de pression la plus fiable, et doivent être espacés l'un de l'autre. L'espacement axial minimal (suivant l'axe de la 30 sonde) entre les orifices des deux chambres est d'environ 9, 5 mm» De préférence, cet espacement est d'au moins 12,5 mm pour favoriser une bonne réalisation mécanique et pour éviter qu*un orifice perturbe l'autre en cas de fuite dans l'un des circuits. Ainsi, les conditions à satisfaire deviennent difficiles . 35 Maintenir la sonde courte ; (probablement 10 cm au minimum et 30 «m au maximum) ; maintenir les premiers orifices statiques écartés de la partie antérieure conique de la sonde à cause de l'incertitude 69 13243 6 2006949 de la distribution des pressions près de l'extrémité antérieure de celle-ci ; maintenir les seconds orifices statiques écartés de l'influence du voisinage immédiat de l'aileron à cause de l'incertitude du champ de pressions dans cette région ; maintenir les 5 orifices des deux circuits écartés, de préférence, de 12,5 mm dans le sens axial ; et s'assurer que les deux groupes d'orifices de détection de la pression statique perçoivent la même pressions Ainsi, un compromis doit être réalisé dans la position des deux orifices statiques séparés. Pour choisir cette position, on trace 10 une droite horizontale 44, située sur le côté de compensation positif du diagramme, et l'emplacement des orifices statiques correspond aux intersections de la droite horizontale 44 et de la courbe 42» L'une de ces intersetions est située sur la surface cylindrique 26 et l'autre, sur la surface conique 27. En conséquence, on voit 15 que la distribution des pressions est telle que la pression perçue aux orifices le long d'un plan passant par la sonde et coupant la courbe 42 et l'axe des orifices 23 et 24 sera égale à la pression aux orifices 35 et 36 de la surface conique 27. On préfère généralement une compensation positive, comme représenté, pour com— 20 penser les perturbations locales de pression induites par la structure de l'avion, mais une compensation négative pourrait également être obtenue en utilisant une ligne située au-dessous du zéros Dans ce cas, l'orifice antérieur serait situé, sur la partie antérieure conique de la sonde, mais cependant à une distance appré-25 ciable en arrière du canal 16. Le cas échéant, les orifices statiques pourraient être placés dans des positions d'erreur de pression différentes mais connueso Il y a beaucoup d'emplacements le long de la longueur axiale du barillet où les deux gooupes d'orifices peuvent être placés^ 30 et ceux-ci peuvent être trouvés en changeant simplement la position de la droite 44 par rapport à la droite de zéro en utilisant ces positions sur la sonde pour situer l'axe des orifices débouchant dans les chambres statiques. En utilisant une courbe de distribution des pressions conjointement avec une sonde ayant line 35 section de transition, le choix de la position des orifices statiques devient aisé. Poux diminuer l'influence du nombre de Mach sur les me 69 13243 7 2006949 sures, deux facteurs ont une importance primordiale. En premier lieu, les orifices doivent être maintenus écartés de l'aileron car les variations de la pression dues au changement de Mach sont très marquées près de celui-ci» L'aileron représente une variation 5 brusque de la section de la sonde. Ensuite, l'angle compris entre la surface conique et l'axe de la sonde doit être maintenu à un minimum (2 à 8° maximum). Ainsi, la brusquerie de la variation de la section est atténuée. La position des orifices sur la sonde elle-même en ce qui concerne leur position radiale, est soumise à 10 l'influence de l'angle d'attaque de l'avion. Ces orifices peuvent être placés radialement autour de la sonde de façon à compenser l'angle des erreurs de la pression d'attaque liées à un avion particulier. Des orifices multiples sont généralement utilisés pour faire une moyenne des mesures de pression, les nombres les plus 15 couramment utilisés étant de deux à quatre orifices. L'axe est généralement situé dans un même plan radial, mais dans certains cas, les orifices multiples pourraient être légèrement décalés dans le sens radial. Le diagramme de la figure 4 est en réalité une représen-20 tation de la partie centrale du diagramme 42, au-dessus de la ligne de zéro, à l'axe X. Les chiffres indiquent l'erreur de pression normalisée, comme sur la figure 2 et les chiffres portés sur l'axe des X représentent la distance le long de l'axe de la sonde en utilisant la jonction entre les surfaces 26 et 27 comme origine. 25 L'échelle est très agrandie et les valeurs d'essai réelles sont indiquées à 0,3 et 0,8 Mach. La différence d'erreurs entre Mach 0,3 et Mach 0,8 n'est pas assez grande, ce qui soulève des difficultés dans les mesures. La conicité de. la section de transition forme.un angle de 4° avec l'axe de la sonde utilisée pour obtenir 30 les courbes de la figure 4» P —P La fonction d'erreur de pression normalisée m est un "Se— terme standard et qui normalise la différence entre la pression statique locale et la pression mesurée» Lorsqu'il n'y a pas de différence, cette fonction de compensation est nulle. Par contre, 35 comme représenté, les orifices des chambres 22 et 34 peuvent être disposés de façon à obtenir une petite compensation de pression positive connue qui peut être une mesure préférée afin d'obtenir 69 13243 8 2006949 une compensation de pression prédéterminée directement au point de mesure. Cette particularité est importante, car elle élimine souvent la nécessité de dispositifs de compensation supplémentaires aux instruments d'indication de pression, par exemple* 69 13243 9 2006949 REVENDICATIONS 1. Une courte sonde pour détecter des pressions statiques, comportant un mât ou un aileron latéral pour monter la sonde à une certaine distance d'une surface externe dans un courant de fluide et ayant un court barillet de sonde, caractérisée par le fait que 5 le barillet possède une première section ayant un axe longitudinal et présente une irrégularité superficielle entre cette première section et ledit aileron, l'irrégularité superficielle ayant, au moins, une partie tournée vers l'amont en considérant le sens d'écoulement du fluide, un premier dispositif de détection de pression 10 statique, un premier orifice débouchant à travers le barillet dans le premier dispositif de détection de pression statique, la sonde ayant un profil déterminable de distribution des pressions statiques mesurées pendant l'écoulement axial d'un fluide le long de la sonde, l'irrégularité superficielle provoquant une élévation de la 15 pression statique mesurée en amont de cette irrégularité, le premier orifice occupant une position dans laquelle la pression sta- • tique mesurée est dans un rapport donné avec la pression statique locale» 2. Une sonde selon la revendication 1 caractérisée par le 20 fait que le premier orifice est placé sur la première section de barillet. 3« Une sonde selon la revendication 1 ou 2 caractérisée par le fait que l'irrégularité superficielle est constituée par une augmentation du diamètre extérieur de celle-ci* 25 4. Une sonde selon la revendication t, 2 ou 3 caractérisée par une seconde section de barillet dont le diamètre est plus grand que celui de la première, ladite irrégularité superficielle étant constituée par une section de transition joignant les deux sections de barillet, l'aileron de montage étant fixé à la seconde section 30 de barillet. 5. Une sonde selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu'il est prévu un second dispositif de détection de pression statique, un second orifice débouchant à travers le barillet dans ce second dispositif de détection, le premier orifice débouchant 35 à travers la première section de barillet, le second orifice étant espacé axialement du premier le long de la sonde et orienté suivant 69 13243 to 2006949 une direction donnée par rapport à l'irrégularité superficielle de sorte que les pressions statiques mesurées au premier et au second orifices sont dans un rapport mutuel donné. 6. Une sonde selon la revendication 5 caractérisée par le 5 fait que son barillet comporte une seconde section dont le diamètre est plus grand que celui de la première, et par le fait que l'irrégularité de surface est constituée par une section de transition s'étendant entre la première et la seconde sections du barillet» 7. Une sonde selon la revendication 5 ou 6 caractérisée 10 Par Ie fait que le premier et le second dispositifs de détection de pression statique sont constitués chacun par une chambre délimitée à l'intérieur du barillet de la sonde* 8. Une sonde selon la revendication 5, 6 ou 7 caractérisée par le fait que les premiers et les seconds orifices sont 15 espacés, dans le sens de l'axe longitudinal de la sonde, d'au moins 9,5 mm. 9. Une sonde selon la revendication 6 caractérisée par le fait que la seconde section du barillet est située en arrière de la première en considérant le sens d'écoulement relatif du fluide, 20 l'aileron étant fixé à la seconde section du barillet. 10. Une sonde selon la revendication 6 ou 9 caractérisée par le fait que la première et la seconde sections du barillet sont cylindriques. 11. Une sonde selon la revendication 10 caractérisée par 25 le fait que la section de transition forme une surface extérieure pratiquement conique reliant les deux sections cylindriques du barillet. 12. Une sonde selon la revendication 6, 9, 10 ou 11 dans " laquelle l'écoulement du fluide le long de ladite sonde produit 30 en avant de l'aileron une zone où la pression est normalement perturbée, cette perturbation normale provoquant une augmentation de la pression en arrière de la partie antérieure de la sonde, et la section de transition est dimensionnée pour créer une perturbation locale de la pression en position pour contre-balancer une partie 35 de la perturbation située en avant der l'aileron et pour produire une zone de pressions décroissantes dans une région normalement perturbée quand le fluide s'écoule par rapport à ladite zone, l'un 13243 2006949 i,u moins, des orifices étant placé pour détecter la pression régnant dans la zone de pressions décroissantes créée par la section de transition»