Brevet FR2566946A1 — publié le 19860103

L'invention concerne un appareil pour effectuer des essais en mécanique des fluides gazeux (aéromécanique) ou en aéro- dynamique, comprenant un générateur de courant d'air ainsi que des moyens pour suspendre des objets dans le courant d'air et pour supporter des instruments de mesure en dehors du courant d'air Dans l'enseignement des sciences naturelles, il existe de plus en plus le besoin d'une démonstration sérieuse de processus "aeromecaniques" w "aérodynamiques"OLesappareils actueLlement offerts par les fabricants de matériel pour l'enseignement par exemple pour l'enseignement de la physique comportent en règle générale seulement un générateur de courant dgair et différents corps de certaines formes, dont la mise en place dans le courant d'air est laborieuse et imprécise. Des essais de ce genre manquent à la fois de Peproductibilitéet de clarté didactique. On connaît un appareil du type mentionné au début par le brevet des EUA 3 055 21?. Il comprend un court tronçon de tube formant ce que l'on appelle une veine d'expérience fermée, à Laquelle sont associés un ventilateur à jet aspirant et un entonnoir d'admis sion d'air ou convergent. Une ouverture latérale de la paroi de La veine d'expérience est traversée par un support au moyen duquel un objet peut être maintenu axialement en position fixe dans le courant d'air. Au-dessus de la veine d'expérience se trouvent deux instruments de mesure.L'un sert à la mesure de la vitesse de L'air à L'aide d'un corps formant chicane disposé dans le courant d'air L'autre instrument de mesure sert à déterminer des mouvements de montée et de descente de L'objet disposé dans le courant d'air. Cette soufflerie connue a L'inconvénient que le nombre des essais qu'elle permet de réaliser est extrêmement limité. Par exemple, il n'est pas possible de faire entrer les différentes conditions d'écoulement et de pression régnant dans La veine d'expérience dans les séries d'essais. Les objets disposés dans la veine d'expérience ne peuvent avoir qu'une position bien définie. De plus, cet appareil connu ne se prête pas à la réalisation d'essais dans un courant d'air libre. L'invention vise à réaliser un appareil du type mentionne au début, qui permette d'effectuer un grand nombre d'essais, tant dans un courant d'air libre que dans un courant d'air enfermé, qui possède une construction didactiquement claire et qui convient de ce fait en particulier pour un usage dans l'enseignement des sciences naturelles. Selon l'invention, un rail est disposé à peu près parallèlement au courant d'air et un chariot servant à supporter un objet ou une sonde de mesure dans le courant d'air est disposé déplaçable et blocabte sur ce rait. Ces mesures permettent un déplacement axial défini des objets se trouvant dans le courant diapir et, par suite, de faire entrer les conditions de pression et d'écoulement les plus diverses dans les séries d'essais. Le chariot déplaçable parallèlement au courant d'air peut servir en outre au support d'instruments de mesure, de sorte que les conditions de pression et d'écoulement régnant chaque fois peuvent être indiquées en même temps que Leurs effets sur l'objet se trouvant dans le courant d'air. Pour la réalisation en soupLesse d'essais dans un courant d'air enfermé, iL convient d'entourer le courant d'air d'une paroi ayant la forme d'un tronçon de tube, pour constituer une veine d'espérience enfermée, et de doter cette paroi d'une fente, s'étendant parallèlement au rail fixé à la paroi, pour le passage du support d'objet. Il est ainsi possible de déplacer à la fois l'objet et Les instruments de mesure ou les sondes de mesure sur toute la longueur du courant d'air enfermé et de relever de cette manière des résultats d'essais sur toute L'étendue axiale. Afin de réduire à un minimum la perturbation du courant d'air provoquée par la fente longitudinale, il convient de recouvrir le rail, la fente et le chariot d'un capot transparent amovible. D'autres caractéristiques et avantages de L'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - La figure 1 est une vue en perspective de l'appareiL selon un premier exemple de réalisation de L'invention; - la figure 2 est une vue en perspective de la partie centrale d'un appareil selon un deuxième exemple de realisation de l'invention; - la figure 3 est une vue semblable, mais simplifiée, d'un troisième exemple de réalisation; et - la figure 4 est une vue en perspective d'un mode de réalisation pour des essais dans un courant d'air libre. La figure 1 est la vue d'ensemble d'un premier exemple de réalisation de l'appareil selon l'invention. L'appareil est de construction modulaire et comporte les modules suivants : un convergent 1 avec un montant 2, un divergent 3 avec un montant 4, un ventilateur 5 et un tronçon de tube 6 qui forme une veine d'expérience enfermée de section droite carrée. La veine d'espérience 6 est fixée aux montants 2, 4 au moyen de vis à têtes moletées 7. Les quatre éléments de paroi formant la veine d'expérience sont en matériau transparent, exception faite du fond 8. Ce dernier est amovible et interchangeable. Le ventilateur 5 repose sur un socle 9 qui est réalisé de manière qu'il puisse supporter Le générateur de courant d'air en position horizontale ou én position verticale. Sur le dessus, le tronçon de tube formant la veine d'expérience 6 est équipé d'un rail double 11 qui s'étend parallele- ment à l'axe longitudinal de la veine d'expérience et à peu près sur toute son extension longitudinale. Sur ces rails glisse ou roule, avec peu de frottement, un chariot 1? qui est conformé à la fois pour supporter des objets dans le courant d'air traversant la veine d'expérience et pour supporter des sondes et les instruments de mesure. Comme exempte pour un objet 13 maintenu dans le courant d'air, le dessin montre une maquette de voiture 14. La maquette est suspendue à un élément 15 qui traverse une fente 16 s'étendant entre les rails Il et qui est fixé au chariot 12 au moyen d'une vis à tête moletée 17. L'élément de suspension 15, de même que d'autres objets 13 (des disques de différentes tailles, une sphère, une demisphère, un corps entrme de goutte d'eau), est également représenté à part. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 1, le ventilateur 5 aspire de l'air à travers le convergent 1. Dans la veine d'expérience 6 s'établit un écoulement uniforme qui est seulement affecté par de faibles perturbations marginales. Des perturbations plus importantes susceptibles d'être provoquées par la présence de la fente 16 sont évitées par le fait que les rails 11, le chariot 12 et la fente 16 sont recouverts par un capot 19. Celuici est de préférence également en matériau transparent. Le courant d'air dans la veine 6 exerce sur la maquette de voiture 14 une force qui correspond à la traînée de la maquette. Pour pouvoir visualiser et mesurer cette force, un dynamomètre 18 est fixé sur le dessus du montant 2 et est relié par un câble 21 au chariot 12. Le capot 19 presente à cet effet une fente 22 dans son côté frontal dirigé vers le dynamomètre 18. Le mode de réalisation représenté sur la figure 1 permet la mesure et la démonstration simples de La traînée de corps ayant les formes les plus diverses. Le changement ou le remplacement des corps s'effectue de manière simple par le bas, après enlèvement du fond 8. La veine d'expérience est accessible en outre à travers le convergent. La figure 2 montre une partie d'un autre exemple de réalisation de l'appareil selon l'invention. Comme objet 13, ta veine d'expérience 6 contient une tranche d'aile d'avion 23 qui est suspendue à deux tiges 24 et 25 articulées sur elle. Le chariot 1? de cet exemple porte un instrument de mesure 26 qui permet de mesurer la sustentation exercée par le courant d'air sur L'aile 23. L'appareil comporte à cet effet un élement de suspension 28, lui-même suspendu à un ressort 27, sur lequel les tiges 24, 25 peuvent être bloquées individuellement en hauteur (en vue du réglage de L'angle d'attaque) au moyen des vis à tête moletée 31, 32. L'élément 28 de suspension à ressort est relié par une attache 33 à une aiguille 34. Cette dernière indique la sustentation sur une échelle 35 qui est seulement représentée en partie.Un recouvrement 36 en matériau transparent, fixé sur Le chariot 12, sert de support pour L'élément de suspension 28 et de monture pour l'aiguille 34. L'échelle 35 est formée sur la surface du recouvrement 36. L'appareil représenté sur la figure 2 permet non seulement de faire la démonstration de la composante de sustentation dans le cas de L'aile 23, il permet en même temps de mesurer la traînée puisque le chariot 12 est de nouveau relié par un câble 21 au dynamomètre 18, comme représenté et décrit en référence à la figure 1. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 3, le fond plat 8 est remplacé par un fond 38 dont le côté intérieur est bombé à la façon du profil d'un venturi. Pour pouvoir mesurer lsin- fluence d'une telle conformation sur L'écoulement d'air, une sonde de mesure 39 - faisant saillie à L'intérieur de la veine d'expérience 6 à travers la fente 16 - est fixée réglable en hauteur sur le chariot 12. La sonde de mesure 39 comprend deux petits tubes recourbés en direction de l'arrivée du courant d'air. L'un deux est ouvert à l'avant et sert à la mesure de la pression dynamique. L'autre petit tube est fermé à son extrémité dirigée vers le courant d'air arrivant et présente un orifice sur le côté pour la mesure de la pression latérale.Au-dessus du chariot 12, les deux petits tubes sont raccordés par des tuyaux flexibles 41 et 42 à un micromanomètre 43 Celui-ci comprend une boucle 45 en matériau transparent, qui est fixée sur un panneau 44 et est partiellement remplie de liquide. Une échelle formée sur le panneau 44 permet de Lire les pressions. Le tend bombé 38 est combiné avec un dispositif 46 pour la représentation qualitative de l'allure de la pression à proximité immédiate de la surface. Le ond 38 présente à cet effet un certain nombre d'orifices 48 qui sont orientés perpendiculairement à l'axe longitudinal de la veine d'expérience 6 et sur lesquels peuvent être branchés les flexibles 49. Ceux-ci se terminent dans un récipient 51 rempli de liquide du dispositif 46, lequel forme par conséquent un micromanomètre à plusieurs voies. La hauteur des colonnes de liquide dans les différents flexibles 49 illustre qualitativement la variation de la pression. Pour des mesures quantitatives, les flexibles 41, 42 du micromanomètre 43 peuvent être branchés sur les orifices 48. La figure 4 montre un exemple de réalisation pour L'étude de processus dans un courant d'air libre. Le générateur de courant d'air 5 souffle sur une tranche d'aile d'avion 23 qui est suspendue de la maniere décrite en référence à la figure 2. Cette aile, de même que l'appareil de mesure 26, est de nouveau supportée par le chariot 1?, mais celui-ci est disposé ici sur un rail séparé 53 qui s'étend à peu près parallèlement au courant d'air produit et en dehors de celui-ci. Le rail 53 est fixé d'un côté sur la tuyère 3 montée devant le générateur de courant d'air 5. L'extrémité libre du rail 53 est supportée de façon non représentée, au moyen d'un statif par exemple. Le rail permet de travailler avec le chariot et les accessoires comme dans le cas d'une veine d'expérience enfermée. REVENDICATIONS &verbar; . &verbar; 1. Appareil pour effectuer des essais en mécanique des fluides gazeux (aéromécanique) ou en aérodynamique, comprenant un générateur de courant d'air ainsi que des moyens pour suspendre des objets dans le courant d'air et pour supporter des instruments de mesure en dehors du courant d'air, caractérisé en ce qu'un rail (11) est disposé à peu près parallèlement au courant d'air et qu'un chariot (12) servant à supporter un objet 3)ou une sonde de mesure (39) dans le courant d'air est disposé déplaçable et blocable sur ce rail. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chariot (1?) est conçu en outre pour supporter des instruments de mesure (26). 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le raiL (11) et le chariot (1?) sont disposés au-dessus du courant d'air. 4. Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3 pour réaliser des essais dans un courant d'air Libre, caractérisé en ce que le rail (53), s'étendant à peu près parallèlement au courant d'air, est fixé sur le générateur de courant d'air (5) ou sur un dispositif (3) combiné avec le générateur de courant d'air et servant à guider l'air. 5. Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le courant d'air est entouré d'une paroi (6) ayant la forme d'un tronçon de tube, en vue de la formation d'une veine d'expérience enfermée, et que cette paroi est pourvue d'une fente (16) s'étendant parallèlement au rail (11) pour le passage du support. d'objet. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rail (11), le chariot (1?). et la fente (16) sont recouverts par un capot (19) amovible en matériau transparent. 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le tronçon de tube (6) formant La veine d'expérience possède une section droite carrée et que le fond (8, 38) de ce tronçon est détachable et interchangeable. 8. Appareil selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une construction modulaire. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend, comme modules, un entonnoir d'entrée d'air ou convergent (1) équipé d'un montant (2), un tronçon de tube formant la veine d'expérience enfermée (6), avec un rail (11), un rail séparé (53), un entonnoir formant divergent (3), muni d'un montant (4), et un générateur de courant d'air (5).