Brevet FR2042408A1 — publié le 19710212

1= 2042408 la présente invention concerne mie sonde destinée à déceler la pression statique dans un courant de fluide en mouvement relatif par rapport à elle. On prévoit par exemple de telles sondes sur des avions pour déceler la pression statique régnant dans 5 l'atmosphère à l'altitude où vole l'appareil. La sonde peut aussi servir, de manière "bien connue, à déceler la pression totale ou de Pitôt, la pression de Pitot et la pression statique dêcelées servant à obtenir des signaux représentatifs, par exemple, de l'altitude de l'avion, de la vitesse 10 Badin et du nombre de Mach. Habituellement, pour la détection de pression statique, la sonde présente plusieurs orifices percés dans une surface extérieure lisse, s'étendant parallèlement à la direction de mouvement relatif. Toutefois, cet agencement soulève des difficultés, en particulier pour des vitesses de mouvement re-15 latif tant supersoniques que subsoniques du fait que divers facteurs, notamment la réaction de pression à travers la couche limite et la présence d'ondes de choc, dont l'emplacement dépend de la configuration de la sonde et du véhicule ou vaisseau sur lequel elle est montée, risquent d'influencer très fortement la 20 pression statique décelée selon qu'ils apparaissent en un point plus ou moins proche du détecteur de pression statique. Jusqu'à présent, on a coutume de soumettre à des essais de soufflerie la sonde fixée au véhicule ou à une maquette du véhicule sur lequel elle doit être montée et l'on note les valeurs 25 de la pression statique décelée et de la pression réelle mesurée pour de nombreuses vitesses de mouvement relatif. Ces essais s'imposent parce que la configuration du véhicule peut faire varier les pressions décelées du fait de variations du mode d'écoulement de l'air autour du véhicule. On utilise alors les données fournies 50 par ces essais pour corriger d'une manière ou d'une autre les inexactitudes des mesures de pression statique obtenues en fonctionnement. Toutefois, ces données risquent de n'être utilisables que pour une sonde occupant un emplacement particulier sur un véhicule donné. La présente invention a pour but de réaliser une 55 sonde de nature à réduire le nombre de mesures d'étalonnage et de corrections correspondantes à opérer pour une sonde occupant des emplacements différents sur des véhicules divers. L'invention a pour objet -une sonde destinée à déceler la pression statique dans un courant de fluide en mouvement rela-40 tif par rapport à elle, caractérisée en ce qu'elle comprend un s ORIGINAL i 70 16243 2. 2042408 tube creux à axe orienté, quand la sonde est montée en position active, suivant la direction générale du stonvenient relatif prévu, ce tube étant ouvert à l'extrémité amont et présentant, dans sa face intérieure, un orifice de communication avec un détecteur de 5 pression, la sonde comportant en outre un moyen propre à régler en fonctionnement le débit de fluide dans le tube et un moyen a-gissant sur ce moyen de réglage pour lui faire régler JLe débit de manière à ce que tout front d'onde de choc normal apparaissant dans le tube lorsque le mouvement relatif s'effectue à une vites-10 se supersonique soit maintenu éloigné, vers lramont ou vers l'aval, dudit orifice. On va maintenant décrire à titre d'exemples des sondes détectrices suivant l'invention, en se référant au dessin annexé, sur lequel : 15 la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudi nale d'une première sonde fonctionnant selon un premier mode ; la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, mais montre la sonde fonctionnant selon un mode différent ; la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudi-20 nale d'une seconde sonde fonctionnant selon un premier mode; la figure 4 est une vue analogue à la figure 3? mais xaontre la sonde fonctionnant selon un mode différent, et la figure 5 montre 1'extérieur de la sonde représentée sur les figures 3 et 4 et indique schéiaatiquement le dispositif 25 réglant le débit d'air qui la traverse. La figure 1 montre (en coupe longitudinale) une sonde cylindrique creuse 10, dont 1'extrémité avant 12 est chanfreinée extérieurement * Immédiatement en deçà de la tranche amont, on a figuré, dans la sonde 10, une ligne sinueuse représentant un front 30 d'onde de choc normal 14. Des lignes semblables représentent des fronts d'onde 16 s1éloignant vers 1'extérieur de l'arête 12» Pour un objet exempt d'arêtes vives en mouvement à une vitesse supersonique, l'onde de choc demeure espacée de la partie frontale de l'objet et s'incurve autour de lui, mais pour un tube' 35 creux tel que la sonde 10, que l'air peut traverser, un front d'onde de choc normal tel que 14 peut apparaître à l'intérieur de la sonde 10. Derrière le front d'onde 14, la sonde présente, comme le montre la figure 1, un passage 18 reliant un orifice percé dans la 40 face intérieure de la sonde 10 à tin élément détecteur 20 qui peut bad original 70 16243 3. 2042408 être, par exemple, un détecteur de pression statique associé à des moyens propres à prélever et à transmettre un signal représentatif de la pression décelée. Ce signal, par exemple électronique ou fluidique, peut être analogique ou numérique. i&i arrière du 5 débouché du passage 18, la sonde 10 présente un certain nombre de perforations 22, réparties tant angulairement qu'en longueur autour de son axe. Un piston 24 prend dans la sonde 10, dans la région des perforations 22, la position, qu'un moteur 26 lui imprime par l'intermédiaire d'un tringlage, le moteur et le tringlage n1-10 étant que schématisés sur la figure 1. Un autre détecteur 28, destiné à mesurer la pression totale ou de Pitot, est situé hors de la sonde 10 et fournit un signal, qui peut par exemple être appliqué à un servo—amplificateur incorporé au détecteur, destiné à commander le moteur 26 pour qu'il déplace le piston 24 en fonc-15 tion de la pression totale décelée, de manière à ce que de l'air ne~puisse traverser la sonde 10 et ressortir par les perforations 22 qu'au débit voulu pour que le front d'onde de choc normal 14 demeure a un niveau donné en amont du débouché du passage 18 menant au détecteur de pression statique 20. 20 La figure 2 représente la même sonde 10 mais qui présen te, comme l'indique l'emplacement du front d'onde de choc normal 14', un mode de fonctionnement différent de celui de la sonde 10 de la figure 1 et tel que le front d'onde 14' soit situé en aval du débouché du passage 18» On peut obtenir ce résultat de manière 25 simple en réglant le moteur 26 et le détecteur 28 en vue d'imprimer l'emplacement désiré au front d'onde 14'. La figure 3 représente une sonde 35 différente ainsi que des ondes de choc 37 partant de 1Jarête antérieure 39 de cette sonde et qu'un front d'onde de choc normal 41, situé à l'extrémi-3C té amont à l'intérieur de la sonde 35= La sonde 35 présente intérieurement, normalement à son axe, une section uniforme sur un premier tronçon partant de son extrémité avant, puis converge ensuite pour former un étranglement 43, qui n'a pas nécessairement la fcrne représentée» l'arrière l'étranglement est prévu un regis-35 tre 45 f ou"on peut manoeuvrer pour régler le débit 6e fluide à travers ls sonde 35» Un détecteur de pression totale comportant une sonde annexe -h-7 est monté dans la sonde 35 en amont de l'étranglement 43 et un passage 49, menant à un détecteur de pression statique tel 40 que décrit à propos de la figure 1, débouche dans la face intérieu- BAD ORJGINAIt -• 70 16243 4. 2042408 re de la sonde 35, entre le détecteur 47 et l'extrémité amont de la sonde. Du fait que la détection de pression statique a lieu à l'intérieur de la sonde, le détecteur de pression statique lui-même peut être matériellement situé hors de la sonde, sans que la 5 précision des mesures s'en trouve affectée. i£n fonctionnement, le détecteur de pression totale associé à la sonde annexe 4-7 fournit tua signal qui est fonction de la vitesse approximative du véhicule sur lequel est montée la sonde 35 et qui sert à régler la position du registre 4-5 pour ajuster l'emplacement du front d'onde 10 de choc normal 4-1. La sonde représentée sur la figure 3 fonctionne selon un mode tel que le front d'onde 4-1 est situé en amont du débouché du passage 49 desservant le détecteur de pression statique . La figure 4- montre la même sonde 35 que la figure 3S 15 mais fonctionnant selon un mode tel que le front d'onde de choc normal 4-1' est situé en aval de l'étranglement 4-3, et donc aussi du débouché du passage ..4-5 desservant le détecteur de pression statique. On notera que le registre 45 est orienté de manière à ce que le débit d'air admissible soit plus important que sur la 20 figure 3, ce qui permet d®"avaler" le front d'onde de choc normal à l'intérieur de la sonde 35» L'étranglement 43 est prévu pour rendre les conditions plus stables et permettre un ajustement plus stable de l'emplacement occupé par le front d'onde de choc normal à l'état "avalé" ;j:t expédient étant connu pour stabiliser un 25 front d'onde de choc normal dans un conduit). On notera que, le front d'onde de choc normal 41' étant alors situé en aval du détecteur de pression totale 47, une onde de choc cintrée 51 a son origine au niveau de ce dernier. Les ondes de choc réfléchies qui en résultent culminent dans le front d'onde de choc normal 41*, 50 comme indiqué schématiquement par-les lignes 53« On notera aussi que le passage 49 menant au détecteur de pression statique est place en amont du front d'onde de choc 41' et mesure ainsi la pression statique réelle en régime d'écoulement libre quand son accès est convenablement conçu. Certes, pour certaines configura-35 tiens, on peut noter des effets de couche limite mineurs, tels •qu'indiqués par les lignes 55, générateurs d'erreurs dans les mesures de pression statique. Toutefois, on peut calculer ou mesurer ces erreurs par essai unique pour toute sonde de configuration donnée et leur incidence demeure la même à toutes les vitesses, 40 quelle que soit la configuration du véhicule portant la sonde» BAD ORIGtNAi. 70 16243 5. 2042408 Dans certaines applications, la perte de charge à la traversée de la sonde peut, si l'écoulement à partir de l'extrémité arrière a lieu dans l'atmosphère, être insuffisante pour qu'on puisse maintenir le front d'onde de choc en aval de l'orifice me-5 nant. au détecteur de pression statigue. Dans ee cas, on peut prévoir, par exemple en aval du registre 45, une pompe d'un type quelconque, de nature à accroître suffisamment la perte de charge. La figure 5 représente la sonde 35 des figures 3 et 4 munie d'un détecteur de pression totale et d'un convertisseur 60, 10 relié à la sonde 47 de ce détecteur et qui engendre un signal é-lectrique agissant sur un moteur 62 pour lui faire manoeuvrer le registre 45 d'après la vitesse réelle approximative de mouvement de la sonde 35» Pour rendre le réglage plus précis, on peut utiliser aussi, de manière connue, la pression statique décelée dans 15 le convertisseur 60 afin de déterminer plus précisément la vitesse réelle de la sonde 35- De la description ci-dessus, il ressort que les sondes suivant l'invention comportent un servo-mécanisme à action directe, destiné à ajuster l'emplacement occupé dans la sonde par le 20 front d'onde de choc aux vitesses supersoniques. Suivant les modes de réalisation illustrés par les figures 1 et 3, on décèle la vitesse de la sonde par rapport au fluide dans lequel elle est placée et l'on ajuste la position du piston 24 ou du registre 45, suivant le cas, pour maintenir le front d'onde normal 14 ou 41 25 (figures 1 et 3) en amont du détecteur de pression statique. Dans un autre cas (figures 2 et 4), on règle le piston 24 ou le registre 45 de manière à placer le front d'onde de choc normal 14* ou 41' en aval de ce détecteur. Quand le front d'onde de choc normal est situé en amont 30 du détecteur de pression statique, on dispose de facteurs de conversion connus, tels par exemple que ceux publiés par la "National Aeronautics and Space Agency (BASA)" des Etats-Unis d'Amérique, permettant de passer par conversion de la pression statique mesurée à la pression statique réelle en courant libre, pour toute vi-35 tesse donnée de la sonde par rapport au fluide dans lequel elle se meut. Ces facteurs ne dépendent que de la sonde et non de la configuration du véhicule auquel elle est fixée. Quand le front d'onde de choc normal est en aval du détecteur de pression statique, la pression statique mesurée est la 40 pression statique réelle en courant libre, sauf si elle est affec 70 16243 6* 2042408 tée par des filets de couche limite éventuels, qu'on peut facile-ment corriger d'après des mesures opérées à diverses vitesses, en soufflerie ou dans d'autres conditions contrôlées. Ces effets é-tant intérieurs à la sonde, on peut adopter les mêmes correctifs 5 quel que soit le véhicule auquel la sonde est fixée et il n'est pas nécessaire comme pour les sondes connues d'effectuer des compensations individuelles pour chaque véhicule porteur de sonde ou pour chaque position occupée par la sonde sur ce véhicule» Bien qu'on ait décrit divers modes de réalisation de 1'-10 invention en se référant au dessin annexé, on pourra concevoir de nombreuses modifications et variantes, dans le cadre de l'invention, les seules conditions à respecter étant que les sondes soient sous forme de tube creux et comportent un moyen propre à régler le débit de fluide dans le tube afin de maintenir, aux vi-15 tesses supersoniques, le front d'onde de choc normal formé dans le tube soit en amont, soit en aval d'un orifice, percé dans la' face inférieure du tube, desservant un détecteur de pression statique. Les détecteurs et le moyen de réglage peuvent être, suivant l'invention, de tout modèle. De plus, bien qu'on n'ait cité 20 que l'application des sondes à des avions, les sondes pourront aussi servir sur d'autres véhicules» BAD ORIGINAL 70 16243 7. 2042408 REVENDICATIONSa 1. Sonde destinée à déceler la pression statique d'un courant de fluide en mouvement relatif par rapport à elle, caractérisée en ce qu'elle comprend un tube creux à axe orienté,, quand 5 la sonde est montée en position active, suivant la direction générale du mouvement relatif prévu,•ce tube étant ouvert à l'extrémité amont et présentant, dans sa face intérieure, un orifice de communication avec un détecteur de pression, la sonde comportant en outre un moyen propre à régler en fonctionnement le débit de 10 fluide dans le tube et un moyen de commande agissant sur ce moyen de réglage pour lui faire régler le débit de manière à ce que tout front d'onde de choc normal apparaissant dans le tube lorsque le mouvement relatif s'effectue à une vitesse supersonique soit maintenu éloigné, vers l'amont ou vers l'aval, dudit orifice 15 2o Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen de commande comporte un détecteur de pression totale à sonde annexe et un moyen propre à prélever sur ce détecteur un signal qui soit fonction de la vitesse du mouvement relatif entre la sonde et le. fluide. 20 3» Sonde selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le tube présente, en aval dudit orifice, une série de perforations débouchant à l'extérieur du tube et en ce que ledit moyen de réglage comporte un piston qui se déplace dans le tube pour déterminer le nombre de perforations par lesquelles du flui-25 de pénétrant dans le tube peut s'en échapper„ 4„ Sonde selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit moyen de réglage comporte un registre interposé dans le tube en aval dudit orifice et propre à régler le débit de fluide dans le tube. 30 5° Sonde selon la revendication 4, caractérisée en ce que le tube présente un étranglement entre ledit orifice et le registre o 6. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit moyen de commande comporte un détecta.:- le pression totale à sonde annexe et un moyen propre à prélève i sur ce détecteur un signal représentatif de la vitesse du mouvement relatif entre le tube et le fluide et à régler le débit de fluide dans le tube d'après la grandeur de ce signal. 7. Sonde selon la revendication 6S caractérisée en ce que le moyen prélevant ledit signal reçoit aussi un signal représentatif de la pression statique décelée» 8» Sonde selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le détecteur de pression totale est situé, dans le tube, 40 en aval dudit orifice. _ ? " P-A0 ORIGINAL