Brevet FR2201399A1 — publié le 19740426

La présente invention, concernant l'aéronautique et l'astronautique, est plus spécifiquement relative à un procédé et à un dispositif pour surveiller ou pour régler la postcombustion d'un réacteur, d'une fusée ou d'engins analogues. Sur les engins tels que : avions super-soniques, fusées, missiles, etc.., habités ou non, il est précieux de connaître l'état d'allumage (présence et intensité de la flamme) de la post combustion pour le surveiller et intervenir éventuellement, soit par une action directe du pilote de l'engin, soit par télécommande. Actuellement, on utilise deux sortes de dispositifs pour surveiller une flamme à haute température ou "plasma ionisé. Certains dispositifs font usage d'une sonde d'ionisation qui mesure le courant ionique. On obtient ainsi une mesure directe de la qualité de la flamme, mais plusieurs inconvénients y sont attachés : d'une part, les sondes plongées dans la flamme à très haute température se corrodent très rapidement et, d'autre part, on obtient un courant très variable suivant le diamètre de la flamme dans la veine de post-combustion, ce qui perturbe l'indication fournie. Certains autres dispositifs sont de nature opto-électrique ou opto-électronique, c'est-à-dire qu'un appareillage de mesure électrique ou électronique tt voit " le rayonnement optique de la flamme et le traduit en signal par l'intermédiaire d'éléments électriques et/ou électroniques. Un tel dispositif est représenté par exemple dans le brevet français nO 1.155.063. L'inconvénient de ces autres dispositifs est d'exiger un entretien très fréquent pour éliminer les dépits qui se produisent sur la cellule optique sensible, qui autrement viendraient fausser les mesures. L'invention a pour objet d'éliminer les inconvénients des dispositifs connus en utilisant un principe différent. Il est connu qu'une flamme à haute température ou plasma constitue un milieu capable d'influencer la transmission d'une onde radioélectrique. En effet, on sait par exemple, par l'article de F.H. MITCHELL J. "Communication black-out during reentry of large vehicles", Proceeding of the IEEE Vol.55, No 5, Mai 1967, que la flamme de réchauffe d'un réacteur aux températures de l'ordre de 1500 K se comporte comme un plasma contenant des électrons libres et des ions en équilibre électrique et caractérisé par la densité électronique N et la fréquence de collision des électrons fg" On peut définir d'autre part, une fréquence de plasma fp liée à la densité électronique N par la relation avec e : charge électronique m : masse électronique : la perméabilité du vide 1 0'9 farad/m) 36 36 ) îo- farad/m) Avec N électrons par cm3, fp est donnée par la formule pratique suivante Cette fréquence de plasma joue en quelque sorte le rôle d'une fréquence de coupure d'un filtre. En effet, si l'on néglige pour l'instant les collisions électroniques, le plasma est un milieu caractérisé par une constante de perméabilité relative v donnée par où f est la fréquence du signal radioélectrique. La constante de propagation 9 = n + i est égale à Pour ce qui implique un mode évanescent. Pour est réelle ( 4= o). L'onde se propage avec un déphasage qui dépend de la fréquence Pour est imaginaire, n = o. L'onde subit une atténuation qui est d'autant plus élevée que la fréquence est faible. Les phénomènes de collision électronique modifient un peu ces résultats, cependant l'allure générale du phénomène reste la même. Les modifications sont d'autant plus importantes que le rapport fp est grand. fp Or, on a eu l'idée, à la base de l'invention (et après avoir mesuré la fréquence de plasma fp de la flamme de réchauffe) d'exploiter cette propriété de filtre passe-haut constitué par une flamme pour une transmission hertzienne, pour mesurer soit le déphasage d'insertion de la flamme, soit l'affaiblissement de propagation dans celle-ci, mais - et ceci représente un avantage distinct par rapport aux dispositifs antérieurs - grâce à des antennes d'émission et de réception très dégagées de la flamme, ce qui assure au dispositif une maintenance très limitée et une grande fiabilité. Ainsi, dans le procédé selon l'invention, on établit, par des moyens solidaires du réacteur ou fusée, une liaison hertzienne de façon qu'elle passe à travers la flamme de la postcombustion et que les parties matérielles de ladite liaison soient extérieures à la flamme et on mesure la variation d'une grandeur électrique caractéristique de cette liaison, provoquée par la flamme, par rapport à un niveau de référence. Quant au dispositif de l'invention pour la mise en oeuvre de ce procédé, il comprend, en association avec un réacteur ou une fusée - une antenne d'émission et une antenne de réception, disposées en deux points écartés de la tuyère du réacteur ou fusée, de façon que la flamme de post-combustion passe dans l'intervalle et sans les toucher; - un émetteur alimentant ladite antenne d'émission; - un récepteur alimenté par ladite antenne de réception; - un comparateur, qui est connecté à la sortie du récepteur et qui compare la grandeur caractéristique du signal émis par l'antenne d'émission et reçu par ledit récepteur à une grandeur de référence et fournit un signal traduisant la comparaison des deux grandeurs ci-dessus. L'invention sera mieux expliquée et comprise en se reportant, à titre non limitatif, à la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, avec référence au dcssin ci-annexé, montrant, à la figure unique, le schéma synoptique d'un dispositif de détection d'allumage post-combustion, basé sur la mesure de phase. On a vu plus haut que la grandeur électrique à choisir, dont on veut exploiter la variation causée par la flamme, varie suivant la fréquence de travail à adopter qui est fonction de la fréquence de plasma fp. Si l'on veut exploiter le phénomène d'affaiblissement du signal, on doit choisir une fréquence de travail f fp. Le choix dépend des caractéristiques particulières du plasma en question. L'exemple de réalisation choisi pour fixer les idées se place dans ce dernier cas. On supposera que la fréquence de fonctionnement est d'environ 30 MHz. (Si la fréquence de plasma variait beaucoup en fonction de l'altitude de fonctionnement dr. réacteur, il pourrait entre nécessaire lavoir un émetteur à fréquence variable). L'ensemble, selon l'invention, est constitué ici par un émetteur (1) relié à une antenne courte (environ 20 cm) (2) installée à l'intérieur de la tuyère de post-combustion (10)d'un réacteur. Le signal émis est reçu par une antenne de réception (3), de préférence identique à la première et placée en un point diamétralement opposé. Le signal reçu après passage dans la flamme, qui ne doit toucher aucune des antennes, est amplifié en haute fréquence et écrêté en (4), puis appliqué à l'entrée d'un discriminateur de phase (5). Le signal de référence pour ce dernier est constitué par une fraction de la puissance émise, prélevée à l'aide d'un coupleur (5). La remise à zéro du discriminateur s'effectue en l'absence de la flamme. En présence de la flamme, on obtient à la sortie une tension continue proportionnelle au déphasage relatif à l'onde reçue par rapport à l'onde de référence. Cette tension est amplifiée dans un amplificateur (7) à courant continu et appliquée à un comparateur d'amplitude (8) qui engendre un signal indicateur d'allumage dès que la tension appliquée dépasse un seuil (9) préétabli. Ce signal peut servir à régler automatiquement le réacteur. Il est clair qu'il est aisé de réaliser un ensemble analogue dans lequel la grandeur électrique dont on mesure la variation est l'amplitude du signal transmis, le discriminateur (5) étant alors un discriminateur d'amplitude ou un " amplificateur différentiel". Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour surveiller ou pour régler la postcombustion d'un réacteur ou d'une fusée, ou d'engins analogues, caractérisé en ce que, par des moyens solidaires du réacteur ou fusée, on établit une liaison hertzienne de façon qu'elle passe à travers la flamme de la post-combustion et que les parties matérielles de ladite liaison soient extérieures à la flamme et en ce qu'on mesure la variation d'-une grandeur électrique caractéristique de cette liaison, provoquée par la flamme, par rapport à un niveau de référence. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en association avec un réacteur ou une fusée - une antenne d'émission et une antenne de réception, disposées en deux points écartés de la tuyère du réacteur ou rusée de façon que la flamme de post-combustion passe dans l'intervalle et sans les toucher; - un émetteur alimentant ladite antenne d'émission; - un récepteur alimenté par ladite antenne de réception; - un comparateur, qui est connecté à la sortie du récepteur et qui compare la grandeur caractéristique du signal émis par l'antenne d'émission reçu par ledit récepteur à une grandeur de référence et fournit un signal traduisant la comparaison des deux grandeurs ci-dessus. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le comparateur est associé à un organe à seuil de façon à ne fournir un signal que lorsque la différence des deux dites grandeurs est supérieure à une valeur pré-fixée. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une liaison conductrice, ou circuit électrique, relie l'émetteur au comparateur du récepteur, adapté à recevoir le signal dérivé de l'émetteur et passant par cette liaison conductrice pour l'utiliser comme susdite grandeur de référence. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit comparateur est constitué par un phasemètre ou discriminateur de phase, ladite grandeur caractéristique sur laquelle porte la comparaison étant la phase du signal émis par l'antenne d'émission. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit comparateur est constitué par un discriminateur d'amplitude ou un amplificateur différentiel, ladite grandeur caractéristique sur laquelle porte la comparaison étant l'amplitude du signal émis par l'antenne d'émission.