Brevet FR2633677A1 — publié le 19900105

Générateur de choc aérodynamique La présente invention a pour objet un générateur de choc aérodynamique (G.C.A.). Les générateurs de choc aérodynamique sont des souffleries permettant d'envoyer une rafale d'air à très grande vitesse (N 300 m/s) et pendant un temps très bref, de l'ordre de 1 à 10 secondes, sur un appareillage en essais. Cette caractéristique -brièveté- de la rafale, que l'on souhaite générer, implique l'utilisation de souffleries qui sont différentes des souffleries supersoniques connues, qui , elles, fonctionnent en régime permanent. Le dispositif utilisé doit permettre de maîtriser la forme de l'onde dynamique, caractérisée par l'expression de la vitesse en fonction du temps dans la zone d'essais : u = f(t). L'objectif recherché est souvent l'obtention d'un palier de vitesse pendant une durée déterminée de la rafale. Ce palier constitue généralement la partie "utile" de la rafale en ce qui concerne les essais. La rafale d'un générateur de choc est générée par la détente d'air comprimé à haute pression (de l'ordre de 40 bars et plus) emmagasiné par compression préalable dans un réservoir de stockage. Pour obtenir un maximum de temps de rafale "utile" avec un volume minimum de réservoir de stockage, il est nécessaire d'avoir un dispositif de contrôle du débit d'air. Un tel dispositif de contrôle du débit d'air peut consister en une vanne dont 1' ouverture est programmée en fonction du temps. Toutefois, sauf dans le cas de rafales de longue durée (supérieures à 5 secondes), le controle programmé de l'ouverture de la vanne nécessite un ensemble "vanne et unité de pilotage électronique" complexe, coûteux, fragile et d'un réglage délicat. Selon l'invention, on propose, pour maîtriser la forme de l'onde dynamique, un nouveau dispositif qui inclut comme vanne de décharge une vanne tout ou rien à ouverture rapide. Le controle du débit de décharge n'est donc pas fondé sur la programmation et l'asservissement de l'ouverture dans le temps de ladite vanne de décharge. La modulation dans le temps du débit de décharge, et, en conséquence, de la vitesse à l'orifice de sortie du générateur de choc aérodynamique selon l'invention, dépend de l'agencement du circuit en amont de ladite vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide. Le générateur de choc aérodynamique selon l'invention comprend donc une vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide, en amont de laquelle est monté au moins un réservoir de stockage d'air sous pression. Ledit air stocké sous pression est susceptible de s'échapper dudit réservoir au travers d'un convergent. Ce convergent, sous un certain régime d'écoulement de l'air, fonctionne en col sonique. Lorsque la différence de pression, de part et d'autre de celui-ci, diminue, il fonctionne comme un diaphragme. Le générateur de choc aérodynamique selon l'invention peut comporter, en amont de ladite vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide, n réservoirs de stockage d'air sous pression, lesdits n réservoirs étant montés en série et chargés en air, avant la génération de chaque rafale, sous une pression identique. Les n réservoirs en série, peuvent être de volume égaux ou différents : v1, v2, ..., vn. Ils communiquent et sont reliés entre eux par des convergents de section S1, S2, ..., Sn-1. Le dernier desdits n réservoirs de la série -le plus près de la vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide- est susceptible de se décharger lorsque ladite vanne s'ouvre, au travers d'un convergent de section Sn. Ce dernier convergent est avantageusement démontable. I1 peut être changé, au cours d'une série d'essais par exemple. Lesdits convergents comme indiqué ci-dessus, fonctionnent au cours de la décharge en col sonique ou en diaphragme. On fait généralement intervenir dans le générateur de choc aérodynamique selon l'invention de 1 à 4 réservoirs de stockage en série. On augmentera avantageusement le nombre n desdits réservoirs de stockage lorsque l'on souhaite obtenir une courbe u = f(t) avec un palier prononcé. On peut souhaiter avec une même installation -comportant n réservoirs en série en amont de la vanne de décharge -faire varier le volume de stockage total de l'ensemble A cette fin, on peut associer en parallèle à l'un quelconque des réservoirs de la série au moins un réservoir 6;inexe. Cette association se fait par l'intermédiaire de vanne(s) d'isolement tout ou rien. De telles vannes sont ouvertes, lors du remplissage des réservoirs et lors de la décharge. On "substitue" ainsi dans la série des n réservoirs, au réservoir de stockage de volume vi un réservoir de stockage d'un volume supérieur à vi. Généralement, on associe à un réservoir de stockage, un unique réservoir annexe. Selon une autre variante de l'invention, l'un des réservoirs de la série est muni d'une vanne à vortex. Une telle vanne intervient avantageusement lorsque l'on recherche un palier de vitesse. Elle a pour fonction de stabiliser la pression en amont du convergent de sortie du réservoir auquel elle est associée. Elle permet de stabiliser le débit d'air. Son intervention permet de réduire les écarts débit-masse (kg/s) qui apparaissent inéluctablement entre le début et la fin de la décharge d'un réservoir. Avantageusement, une telle vanne à vortex est associée au dernier réservoir de la série des n réservoirs, à savoir, le plus proche de la vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide. Une telle vanne à vortex est montée dans le corps du réservoir auquel elle est associée. Elle est directement connectée au convergent de sortie dudit réservoir. Le vortex est généré par une alimentation tangentielle en air provenant d'un réservoir annexe qui se trouve monté en parallèle du réservoir auquel est associé ladite vanne à vortex. On peut, selon une variante de l'invention, piloter ladite vanne à vortex, au moyen d'une vanne annexe montée sur le circuit de génération du vortex. Selon l'invention, on propose donc un générateur de rafales consistant en un ou plusieurs réservoirs de stockage d'air montés en série, sous pression, en amont d'une unique vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide. Au(x) réservoir(s) de stockage intervenant dans ce générateur de rafale, peuvent être associés par l'intermédiaire de vanne(s) d'isolement tout ou rien ou de vanne(s) à vortex, des réservoirs annexes, montés en parallèle. Les réservoirs de stockage d'air selon l'invention sont par exemple chargés, avant chaque rafale, à une pression comprise entre 4.106 et 107 Pa (entre 40 et 100 bars). Ils sont avantageusement chargés en un air suffisamment sec pour éviter l'apparition de brouillard dans la rafale. En amont desdits réservoirs, on trouvera donc des moyens de séchage de l'air : condenseurs... Evidemment, on trouve également des moyens pour assurer la compression dudit air : compresseurs... Avantageusement, sur le circuit d'alimentation en air sec provenant des compresseurs, on fait intervenir des moyens pour chauffer ledit air. Lesdits moyens peuvent consister en un échangeur thermique, chauffé électriquement ou par l'eau de refroidissement des compresseurs par exemple. On peut ainsi, selon l'invention, régler la température de stockage de l'air dans les réservoirs. Elle peut par exemple être réglée entre 40 et 9OQC. On peut ainsi, à réservoirs de volumes donnés, influer sur la masse d'air stockée en modifiant sa température. On prévoit évidemment autour desdits réservoirs de stockage des moyens d'isolement thermique, type calorifugeage. Avant chaque rafale, les réservoirs de stockage d'air -d'un volume total donné- du générateur selon l'invention sont donc chargés à une certaine température et à une certaine pression. Ils sont brutalement déchargés, par ouverture de la vanne de décharge tout ou rien, au travers de leur convergent et notament du dernier convergent de section Sn, juste en amont de ladite vanne. La vanne de décharge est une vanne tout ou rien à ouverture rapide, dont le temps d'ouverture est avantageusement inférieur au 1/10sème de seconde. Ladite ouverture rapide peut être obtenue par un dispositif à commande pyrotechnique. Un tel dispositif doit être ré-armé avant chaque rafale. On écourte avantageusement lesdites rafales dans la partie décroissante, après le palier utile, de leur onde dynamique. A cette fin, on place, en amont de la vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide et en aval du dernier r-éservoir de la série, une vanne tout ou rien, à fermeture rapide. Ladite vanne permet par sa fermeture, d'isoler le circuit des réservoirs. Elle est donc fermée à la "fin" de la rafale, pendant le'remplissage des réservoirs et pendant le réarmement de la vanne pyrotechnique. Son intervention à la "fin" de la rafale évite la décharge totale des réservoirs. Cette vanne à fermeture rapide est évidemment ouverte avant l'ouverture rapide de la vanne de décharge tout ou rien qui génère la rafale. Elle se situe, comme précisé ci-dessus, en aval du réservoir le plus près de ladite vanne de décharge. Elle peut, selon différentes variantes de l'invention, se situer en amont ou- en aval du convergent de section Sn dudit réservoir. Avantageusement, elle se situe en amont de celui-ci. Ledit convergent peut ainsi être aisément isolé et changé. Cette vanne à fermeture rapide peut être unè vanne à boissnau sphérique, à commande pneumatique dont le temps de fermeture est d'environ 3/10ème de seconde. On peut souhaiter, pour diverses raisons, stabiliser la température de l'air soufflé par le générateur de rafales selon l'invention. Cette stabilisation permet, de toute façon, une meilleure maîtrise de l'onde u = f(t). Elle est également recherchée si l'on met en oeuvre des essais destinés à simuler des conditions réelles notamment des conditions climatiques réelles. Ainsi, on complète avantageusement le générateur de choc aérodynamique selon l'invention en lui associant, en aval de la vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide des moyens pour stabiliser la température de l'air soufflé. De tels moyens peuvent, par exemple, consister en deux réservoirs tampons, dont la pression initiale -avant chaque rafaleest la pression atmosphérique, entre lesquels est interposé un accumulateur thermique. Ledit accumulateur thermique peut être constitué par un empilage de tôles équidistantes séparées par un espace libre. Il est calculé, dimensionné pour stabiliser la température de l'air soufflé dans une plage de quelques dizaines de degrés. Par exemple, l'empilage des tôles peut présenter une surface spécifique de l'ordre de 400 m2/m3 et une transparence d'environ 87 S. L'air soufflé se réchauffe au fur et à mesure de sa progression dans ledit accumulateur thermique. Entre chaque rafale, celui-ci est ramené à une température constante. On propose donc, selon l'invention, un générateur de choc aérodynamique qui permet de maîtriser la forme souhaitée de l'onde dynamique générée. On peut, pour adapter la forme de l'onde dynamique à un type d'essais, faire varier deux types de paramètres - des paramètres de construction du dispositif selon l'invention ; - des paramètres de réglage. Parmi les paramètres de construction, on peut citer - le nombre n (n > 1) de réservoirs de stockage, - les volumes v1, v2, ..., v n desdits réservoirs de stockage (éventuellement associés à des réservoirs annexes), - les sections S1, S2, ..., Sn des convergents, - l'intervention éventuelle d'une vanne à vortex, la position du réservoir muni de ladite vanne à vortex dans la série des n réservoirs, les caractéristiques (Dv, dv, Sv et Vv) de ladite vanne à vortex, - les volumes V1 et V2 des deux réservoirs tampons en aval de la vanne de décharge, - les caractéristiques (capacité, section de passage SA et transparence) de l'accumulateur thermique. Entre deux essais, sur le même circuit, on peut modifier la forme de l'onde dynamique en changeant la valeur des paramètres (de réglage) suivants - la pression initiale dans les réservoirs de stockage Po, - la température initiale To de l'air dans les réservoirs de stockage, - et éventuellement, le diamètre du convergent -col sonique- 5n lorsqu'il est démontable. En modifiant au moins l'un quelconque des paramètres cidessus, c'est-à-dire en modifiant l'organisation du circuit du générateur de choc aérodynamique selon l'invention, on maîtrise parfaitement la forme de l'onde dynamique générée, comme cela va ressortir clairement des courbes présentées ci-après à titre d'exemples. L'invention est maintenant décriteen se référant aux figures annexées sur lesquelles - Fig. 1 est une schématisation partielle d'un générateur de choc selon l'invention, - Fig. 2 est une schématisation partielle d'un autre générateur de choc selon l'invention, - Fig. 3 a à d sont des formes d'onde dynamique u = f(t) obtenues en fonction du choix des paramètres du circuit objet de la présente invention. En fait, lorsque la forme d'onde dynamique u = f(t), adaptée à un type d'essais est choisie, un code de calcul informatique permet de définir les paramètres du circuit, qui permettra de générer la rafale attendue. Les paramètres des circuits correspondant aux courbes présentées sont donnés dans le tableau I ci-après. Sur la figure 1, on a représenté en (1) une vanne pyrotechnique associée à un amortisseur (5). En amont de cette vanne, on trouve selon l'invention deux réservoirs de stockage d'air (2) (3) montés en série. Lesdits réservoirs (2) (3) sont reliés par un convergent (4) ; le réservoir (2) le plus proche de la vanne de décharge (1) est également relié à celle-ci par l'intermédiaire d'un convergent (4'). On note que, selon la variante de l'invention représentée, ledit convergent (4') (de section Sn) est monté en aval de la vanne tout ou rien à fermeture rapide (9). On n'a pas représenté sur cette figure 1 le circuit d'alimentation en air sec des réservoirs. Un réservoir annexe (3') est associé en parallèle au réservoir (3), par l'intermédiaire de la vanne d'isolement tout ou rien (6). Cette vanne (6) étant fermée, on dispose d'un volume de stockage d'air sous pression : v = v2 + V3. Cette vanne (6) étant ouverte, on dispose d'un volume de stockage d'air sous pression : v = v2 + v3 + V3 . Pendant le remplissage desdits réservoirs, la vanne (9) est évidemment fermée. En aval de la vanne pyrotechnique (1), on trouve deux réservoirs tampons (10) et (11), séparés par un accumulateur thermique (12). Après chaque rafale, on réchauffe ledit accumulateur thermique (12) en insufflant de l'air par (15). On a représenté en (14) la section de sortie du générateur de choc aérodynamique selon l'invention. Sur la figure 2, on a représenté un générateur de choc aérodynamique selon une autre variante de l'invention. Le réservoir de stockage (2) le plus proche de la vanne pyrotechnique (1) est muni d'une vanne à vortex (7). Ce réservoir est éventuellement muni d'une liaison (13) à un réservoir amont. On a représenté en (2') le réservoir d'alimentation du vortex. Selon une autre variante de l'invention, on aurait pu monter sur le circuit de génération du vortex (8) une vanne de pilotage de ladite vanne à vortex (7). On a représenté, comme sur la figure 1, en (9) la vanne tout ou rien à fermeture rapide qui permet d'isoler les réservoirs et en (10) le prmier réservoir tampon. On remarquera que, selon cette variante de l'invention, le convergent (4') est en amont de ladite vanne tout ou rien à fermeture rapide (9). Des générateurs de choc aérodynamique selon l'invention, tels que, par exemple, ceux schématisés sur les figures 1 ou 2, peuvent être avantageusement utilisés pour tester le comportement de différents équipements sous l'effet d'un écoulement d'air à grande vitesse (sièges éjectables...). Sur les figures 3a à 3d, on a donc représenté les profils de vitesses (les formes d'onde dynamique u = f(t)) attendus avec les générateurs de choc aérodynamique selon l'invention, dont les paramètres de circuit sont donnés dans le tableau I ci-après Paramètres de construction Paramètres de réglage n v1 S1 v2 S2 Vv Sv Dv dv V1 SA V2 Ss Po T Sn courbe u = f(t) m3 m2 m3 m2 m3 m2 m m m3 m2 m3 m2 Pa C m2 N 1 14 0,069 - - - - - - 20 3 80 2,6 107 40 0,069 1 1 14 0,069 - - - - - - 30 3 80 2,6 6.105 80 0,069 2 2 10 0,08 28 0,069 5 0,06 2 0,4 20 3 80 2,6 107 20 0,069 3 2 10 0,08 25 0,069 - - - - 20 3 80 2,6 107 20 0,069 4 TABLEAU 1 Lesdits paramètres de construction et de réglage ont été définis ci-dessus. En ce qui concerne les paramètres de la vanne à vortex (Vv, Sv, Dv, dv), ils sont indiqués sur la figure 2. On ajoutera que Ss représente la section de sortie du générateur de choc, la section de sortie du second réservoir tampon (référence (14) de la figure 1). Les vitesses sont mesurées au niveau de la sortie dudit second réservoir tampon ou au niveau de la cible. La courbe nO 1 est du type de celles que l'on souhaite obtenir pour simuler le choc subi par un siège éjectable lors de son éjection. La courbe nO 2 est une courbe affine de la précédente suivant l'ordonnée. Le test a lieu dans les mêmes conditions à des vitesses différentes. La courbe nO 3 présente un palier de vitesse important, dû à l'intervention dans le circuit d'une vanne à vortex. La courbe nO 4 montre que l'on peut toutefois avec les générateurs de choc selon l'invention et sans faire intervenir de vanne à vortex obtenir des paliers de vitesse. Sur ces quatre courbes, on note l'intervention d'une vanne tout ou rien à fermeture rapide dans le circuit. REVENDICATIONS 1. Générateur de choc aérodynamique, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide (1), en amont de laquelle est monté au moins un réservoir (2) de stockage d'air sous pression, d'où ledit air sous pression est susceptible de s'échapper au travers d'un convergent (4'). 2. Générateur de choc aérodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que n réservoirs (2) (3) de stockage d'air, de volume vl, v2,..., vn, chargés sous une pression initiale identique sont montés en série, reliés par des convergents (4) de section S2, ..., Sn-1 ; ledit air sous pression étant susceptible de s 'échapper du dernier réservoir de la série -le plus proche de ladite vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide- au travers d'un convergent (4') de section Sn 3. Générateur de choc aérodynamique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que 1 à 4 réservoirs de stockage d'air sont montés en série en amont de ladite vanne de décharge (1). 4. Générateur de choc aérodynamique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, à au moins un des réservoirs (2) (3) en série est associé, en parallèle, par l'intermédiaire de vanne d'isolement tout ou rien (6), au moins un réservoir annexe (3'). 5. Générateur de choc aérodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'un au moins desdits réservoirs en série est muni d'une vanne à vortex (7). 6. Générateur de choc aérodynamique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dernier réservoir de la série (2) -le plus proche de ladite vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide (1)- est muni d'une vanne à vortex (7). 7. Générateur de choc aérodynamique selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que ladite vanne à vortex est pilotée par une vanne annexe montée sur le circuit de génération du vortex. 8. Générateur de choc aérodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les réservoirs de stockage d'air sont chargés sous une pression comprise entre 4.106 et 107 Pa. 9. Générateur de choc aérodynamique selon l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisé en ce que des moyens, pour régler la température de stockage de l'air, sont prévus sur le circuit d'alimentation des réservoirs et autour de ceux-ci. 10. Générateur de choc aérodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide (1) est une vanne à commande pyrotechnique. 11. Générateur de choc aérodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu une vanne tout ou rien, à fermeture rapide (9) est associée à ladite vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide (1), ladite vanne à fermeture rapide (9) étant montée en amont ou en aval du convergent (4') du dernier réservoir (2) de la série des n réservoirs de stockage (2) (3). 12. Générateur de choc aérodynamique selon l'une quelconque des revendications 1à 11, caractérisé en ce qu'en aval de la vanne de décharge tout ou rien à ouverture rapide (1), des moyens sont prévus pour stabiliser la température de l'air soufflé. 13. Générateur de choc aérodynamique selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens consistent en deux réservoirs tampons (10) (11), séparés par un accumulateur thermique (12), lesdits réservoirs (10) (11) étant à la pression atmosphérique entre chaque rafale.