Brevet FR2497575A1 — publié le 19820709

La présente invention concerne un dispositif manosensible de prise de pression statique et un mât ané- mométrique, destinés à la mesure de la vitesse de courants de fluide, et notamment à la mesure de la vitesse des aé- ronefs. La vitesse des aéronefs est en général déduite de la différence entre une pression totale ou une pression dynamique d'une part et une pression statique de l'air entourant l'aéronef d'autre part. Comme l'air est un fluide compressible, la vitesse est déterminée à l'aide d'une formule relativement complexe, représentée par la racine carrée d'un terme comprenant la différence entre la pres- sion totale ou dynamique et la pression statique. La pression statique est en général détectée par un tronçon de tube sensiblement parallèle à la direc- tion d'écoulement et ayant une paroi percée de petits trous. La pression totale est mesurée à l'aide d'une antenne Pitot, comprenant un tube de quelques millimètres de diamètre in- terne se terminant par un orifice au point d'impact du fluide sur le tube. On constate que la pression totale mesurée a une valeur qui varie peu lorsque le tronçon de tube formant l'antenne Pitot est incliné par rapport au vecteur vitesse du courant, dans une plage d'angles relativement modérée de l'ordre de + 20 . Par contre, on constate que les pressions stati- ques mesurées présentent parfois de très grosses erreurs. En effet, lorsqu'un tube ayant par exemple huit petits trous formés à sa périphérie, est incliné par rapport au vecteur vitesse du courant dans lequel il est placé, cer- tains orifices sont plus exposés que d'autres au courant de fluide et transmettent une partie de la pression totale alors que d'autres orifices sont légèrement en dépression. On constate que, dans le cas des aéronefs et notamment pendant les opérations de décollage et d'atterrissage, les erreurs présentées par la pression statique peuvent at- teindre ou dépasser 100 millibars. Ces erreurs sont d'autant plus gênantes qu'elles se reportent intégralement sur la différence des pressions. On sait que les indications de vitesse ont une importance primordiale lors des manoeuvres telles que les décollages et les atterrissages,dans lesquelles le tube de prise de pression statique n'a cependant pas sa posi- tion nominale. Pour remédier à cet inconvénient, on utilise des circuits électroniques, montés après le dispositif de prise de pression statique et destinés à corriger les valeurs mesurées. Cependant, les résultats ne sont ni fiables ni rapides étant donné que les corrections sont effectuées sous forme empirique et d'après la variation d'autres pa- ramètres dont la mesure n'est pas instantanée. On a aussi essayé de réduire les inconvénients de ces mesures de pression par détermination de celles-ci aussi loin que possible des éléments des aéronefs qui peuvent créer des perturbations. De cette manière, les corrections apportées ne dépendent plus que de l'incli- naison du vecteur vitesse par rapport au tube de prise de pression et peuvent être déterminées d'une manière plus fiable. Par exemple, on a essayé d'installer les prises de pression à l'extrémité d'une perche montée en avant de l'aéronef, sur le nez du fuselage. Cependant, cette dis- position présente deux inconvénients principaux. D'abord, étant donné la faible section de la perche, il est dif- ficile d'y loger les circuits de calcul et de mesure de vitesse, et les pressions détectées doivent donc être transmises par des tubes qui ont ainsi une grande longueur. Pour cette raison, l'inertie de ce système est importante et l'affichage d'une mesure présente un retard non négli- geable par rapport au moment de la prise des pressions. Cette solution est loin de donner satisfaction dans le cas des avions militaires rapides car le retard correspond au parcours d'une distance importante, de plusieurs mètres et même plusieurs dizaines de mètres. Le second inconvénient des perches est qu'elles portent une ombre sur le radar que comporte habituellement un aéronef. Ainsi, même lors de l'utilisation d'une perche, des corrections doivent encore être apportées aux mesures, en fonction de l'inclinaison relative de la perche et du vecteur vitesse. L'invention remédie à ces inconvénients. Plus précisément, elle permet la mesure de la pression statique quelle que soit l'incidence du fluide qui s'écoule le long du dispositif manosEnsible de prise de pression statique. % Plus précisément, un tel dispositif manosensible de prise de pression statique selon l'invention a une forme de révolution telle que, lorsque l'incidence varie, l'écoulement du fluide qui parvient à proximité du dispo- sitif est toujours identique et s'effectue le long d'une surface de même profil; les conditions aérodynamiques sont donc toujours identiques lorsque la direction du fluide varie. L'invention concerne un dispositif manosensible qui ne nécessite pas de longs tubes de connexion et qui a donc une réponse rapide. Elle concerne un tel dispositif qui peut être placé à des endroits auxquels il ne porte pas d'ombre sur le radar du bord. Elle concerne un tel dispositif qui est robuste, fiable et simple. Elle concerne aussi un mât anémométrique, com- prenant un tel dispositif manosensible de prise de pres- sion statique, ainsi qu'un dispositif de prise de pression totale. Plus précisément, l'invention concerne un dis- positif manosensible de prise de pression statique d'un fluide en mouvement par rapport à lui, suivant une direc- tion pouvant varier dans un secteur circulaire sensible- ment plan et délimité autour d'une direction moyenne; ce dispositif est du type qui comporte au moins un orifice formé dans une surface dans laquelle il débouche en direc- tion sensiblement perpendiculaire à la direction moyenne d'écoulement du fluide. Selon l'invention, cette surface dans laquelle débouche au moins un orifice comporte au moins une partie de surface de révolution dont l'axe de révolution est perpendiculaire au plan du secteur circu- laire, l'axe de révolution passant par l'orifice ou à pro- ximité de celui-ci; en outre, ladite partie de surface de révolution a une étendue angulaire au moins égale à celle du secteur circulaire, et elle est disposée au moins en amont de l'orifice par rapport au sens d'écoulement du fluide. De cette manière, l'écoulement du fluide qui parvient à proximité de l'orifice est toujours identique et s'effectue le long d'une surface de même profil, lors- que la direction du fluide varie dans le secteur circulaire. Il peut être avantageux que plusieurs orifices rapprochés débouchent dans une même chambre dans laquelle règne la pression statique. Dans un mode de réalisation avantageux, le dis- positif de prise de pression statique est symétrique par rapport à un plan parallèle au plan du secteur Dans ce cas, l'orifice ou les orifices d'un côté et l'ori- fice ou les orifices de l'autre côté peuvent être avanta- geusement reliés à des entrées différentes d'un dispositif destiné à former une pression statique résultante. Ce dis- positif peut être simplement une chambre de tranquillisa- tion. L'invention concerne aussi une application d'un tel dispositif manosensible de prise de pression statique à un mât dynamométrique destiné à la détermination de la vitesse relative d'un fluide et d'un support, suivant une direction pouvant varier dans un secteur circulaire sen- siblement plan, délimité autour d'une direction moyenne, à partir de valeurs d'une pression statique et d'une pres- sion totale. Le mât comporte un corps destiné à être fixé au support, par exemple à un aéronef, un dispositif mano- sensible de prise de pression statique du type décrit pré- cédemment, fixé au corps et destiné à former un premier signal de pression, et un dispositif manosensible de prise de pression totale fixé au corps, ayant au moins un ori- fice débouchant en direction sensiblement parallèle à la direction moyenne, et destiné à former un second signal de pression. Il peut être avantageux que le dispositif de prise de pression totale comporte plusieurs orifices dé- bouchant dans des directions non parallèles mais comprises dans un secteur circulaire de même étendue que le secteur circulairede variation de la direction d'écoulement du fluide. Le mât anémométrique peut comporter en outre des conduits destinés à transmettre les signaux de pression hors du mât. Dans une variante, il peut comprendre un dispositif de détermination de la vitesse relative, destiné à recevoir les premier et second signaux de pression et à former un signal représentatif de cette vitesse relative. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une élévation d'un mât anémo- métrique selon un premier mode de réalisation de l'inven- tion; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 d'une variante de mat selon l'invention; - la figure 4 est une élévation d'un second mode de réalisation de mât anémométrique selon l'inven- tion; et - la figure 5 est une coupe transversale d'une variante de l'extrémité d'un mât selon l'invention. Sur la figure 1, la référence 10 désigne de façon générale un mât anémométrique selon l'invention, muni d'une bride 12 destinée à sa fixation sur le fuselage ou une aile d'un aéronef. Le mât 10 se termine par une extré- mité arrondie 14 contenant le dispositif manosensible de prise de pression statique. Le corps du mat porte en outre un tube 16 formant une antenne Pitot ayant un orifice dé- bouchant sensiblement dans la direction prévue d'écoule- ment de l'air, comme indiqué par la direction B. La pres- sion détectée à l'orifice est transmise par un conduit interne 18 à un conduit externe 20 destiné à être relié à un dispositif convenable de détermination de la vitesse. Le dispositif manosensible de prise de pression statique comporte un orifice 22 formé sensiblement au centre de l'extrémité 14 et relié par un tube interne 24 à un tube externe 26 relié lui aussi au dispositif de dé- termination de la vitesse. Selon l'invention, et comme indiqué sur la figure 3, correspondant à une variante dé- crite dans la suite du présent mémoire, la surface dans laquelle débouche l'orifice 22 est une surface de révolu- tion, ayant un axe de révolution A, au moins dans le sec- teur circulaire 28 d'angle 0. De préférence, la surface de l'extrémité 14 est de révolution non seulement dans la partie amont de ce secteur circulaire 28 mais aussi dans la partie aval, au moins sur une certaine distance. Ainsi, lorsque la direction du courant de fluide, c'est-à-dire son vecteur vitesse, est parallèle à une di- rection comprise dans le secteur 28, l'air qui parvient à l'orifice 22 s'est toujours écoulé le long d'une surface de même profil et sur une même longueur, si bien que l'écoulement a subi un même effet aérodynamique jusqu'à l'orifice quelle que soit la direction du vecteur vitesse, dans le secteur circulaire 28. De cette manière, la pres- sion statique mesurée ne varie pas avec l'incidence. La figure 2 indique que le corps 10 a une forme profilée très aérodynamique, opposant une résistance aussi faible que possible à la circulation de l'air. La figure 3 indique que l'extrémité 14 a sensiblement une forme de lentille biconvexe, par exemple de 20 à 100 mm de rayon. La figure 2 indique que, en réalité, le disposi- tif de prise de pression statique a deux orifices 22 dé- bouchant sur les deux faces du capteur qui est symétrique par rapport à un plan contenant le vecteur vitesse. Dans la variante de la figure 3, les deux ori- fices 32 de prise de pression statique débouchent directe- ment dans une chambre interne 30. La figure 4 représente une variante de mât ané- mométrique selon l'invention. Sur cette figure, les réfé- rences identiques à celles de la figure 1 désignent des éléments analogues. Ainsi, le corps 10 a une bride 12 de fixation et une extrémité 14. Cependant, le tube 16 de prise de pression totale est remplacé par un dispositif manosensible comportant plusieurs orifices 34 formés au bord d'attaque de l'extrémité 14. Ces orifices sont for- més de manière qu'ils débouchent dans des direction qui divergent et qui sont elles aussi comprises dans le sec- teur circulaire 28. De cette manière, un orifice 34 est sensiblement perpendiculaire à la direction du courant de fluide, quelle que soit l'inclinaison du mât anémo- métrique. Ces orifices 34 débouchent dans une chambre 36 qui est reliée par un conduit 38 à un dispositif 46, dé- crit plus en détail dans la suite. Plusieurs orifices 40 de prise de pression statique, rapprochés les uns des autres et groupés autour de l'axe A de révolution, débou- chent dans une chambre interne 42 qui est reliée par un conduit 44 au dispositif 46. Dans une variante, un conduit est associé à chacun des orifices et rejoint le disposi- tif 46. Le dispositif 46 qui reçoit les signaux de pres- sions totale et statique comporte des capteurs et un dis- positif électronique destiné à calculer directement la vitesse et à la transmettre par un câble 48. A cet effet, il est alimenté par un câble 50. Ainsi, dans ce mode de réalisation, la fixation mécanique du mât 10, par exemple sur le fuselage, et la connexion des câbles 48 et 50 suf- fisent pour que l'appareil soit automatiquement opération- nel. Dans une variante,des capteurs placés au niveau des orifices forment directement des signaux électriques correspondant aux pressions. Les signaux parviennent au dispositif de calcul de la vitesse, placé dans le mât ou à l'extérieur de celui-ci. La figure 5 représente une variante dans laquelle deux orifices 48 de prise de pression statique sont re- S liés par des conduits 50 à une chambre 52 de tranquilli- sation. Le signal résultant de pression statique est trans- mis par un conduit 54 au dispositif utilisateur. La cham- bre 52 peut avoir aussi une forme convenable lui permet- tant, au lieu d'égaliser les pressions qu'elle reçoit, de les pondérer suivant un autre rapport. Bien entendu, le dispositif manosensible de prise de pression statique et/ou le mât anémométrique comportent éventuellement les dispositifs nécessaires à leur dégi- vrage, bien connus des hommes du métier, lorsque cette propriété s'avère nécessaire. Ainsi, l'invention concerne un dispositif mano- sensible de prise de pression statique et un mât anémomé- trique sans pièce mobile, c'est-à-dire pouvant se satis- faire d'un entretien sommaire. Les résultats donnés sont fiables, malgré les variations d'incidence du courant de fluide dont la vitesse est mesurée. L'expérience montre que les valeurs de vitesses mesurées sont fidèles et précises pendant les décollages et les atterrissages, même en l'absence de correction. Une certaine correction peut cependant être apportée en fonc- Lion du facteur-de forme de l'extrémité 14. Il faut cepen- dant noter que ce facteur de correction ne varie pas avec l'angle d'incidence et la correction peut être assurée de façon fiable et reproductible par des circuits simples. -30 Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemples préférentiels et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Dispositif manosensible de prise de pression statique d'un fluide en mouvement par rapport à ce dispo- sitif, suivant une direction pouvant varier dans un sec- teur circulaire sensiblement plan et délimité autour d'une direction moyenne, ledit dispositif manosensible étant du type qui comprend au moins un orifice (22) formé dans une surface dans laquelle il débouche en direction sensible- ment perpendiculaire à ladite direction moyenne, et étant caractérisé en ce que: - ladite surface dans laquelle débouche au moins un orifice (22) comporte au moins une partie de surface de révolution dont l'axe de révolution (A) est perpendiculaire au plan du secteur circulaire (28), - l'axe de révolution (A) passe par ledit ori- fice (22) ou à proximité de celui-ci, - ladite partie de surface de révolution a une étendue angulaire (0) au moins égale à celle du secteur circulaire (28), et - ladite partie de surface de révolution est dis- posée au moins en amont de l'orifice (22), par rapport au sens d'écoulement du fluide, si bien que l'écoulement du fluide qui parvient à proximité de l'orifice (22) est toujours identique et s'effectue le long d'une surface de même profil lorsque la direction du fluide varie dans le secteur circulaire. 2. Dispositif manosensible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs orifices (40) débouchant dans une même chambre (42). 3. Dispositif manosensible selon l'une des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est double et a une forme symétrique par rapport à un plan parallèle au plan du secteur circulaire. 4. Dispositif manosensible selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'orifice ou les orifices (40) d'un premier côté et l'orifice ou les orifices (40) de l'autre côté sont reliés à des entrées différentes d'un dispositif (42) destiné à former un igi9l résultant de pression statique. 5. Dispositif manosensible selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif (42) destiné à for- mer un signal résultant de pression statique est une chamn- bre de tranquillisation. 6. Application d'un dispositif manosensible de prise de pression statique à un mât anéraométrique destiné à la détermination de la vitesse relative d'un fluide et d'un support, suivant une direction pouvant varier dans un secteur circulaire sensiblement plan délimité autour d'une direction moyenne, à partir de valeurs d'une pres- sion statique et d'une pression totale, ledit mât étant caractérisé en ce qu'il comporte: - un corps (10) destiné à être fixé au support, - un dispositif manosensible de prise de pres- sion statique selon l'une quelconque des revendications précédentes, fixé au corps (10) et destiné à former un premier signal de pression, et - un dispositif manosensible (16) de prise de pression totale, fixé au corps (10), ayant au moins un orifice débouchant en direction sensiblement parallèle à ladite direction moyenne et destiné a former un deuxième signal de pression. 7. Mât anémométrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de prise de pression totale a plusieurs orifices (34) débouchant en directions non parallèles mais comprises dans uà secteur circulaire de même étendue que le secteur circulaire (28) de varia- Lion de la direction d'écoulement du fluide. 8. Mât anéreométrique selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des conduits (18, 24) destinés à transmettre lesdits signaux de pression hors du mât. 9. Mât anémométrique selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dis- positif (46) de déterminution de la vitesse relative, des- tiné à recevoir les premier et second signaux de pression et à former un signal représentatif de la vitesse relative.