Brevet FR2652159A1 — publié le 19910322

On connait des dispositifs d'essais hydronynamiques appelés "tunnels hydrodynamiques" et destinés à des études hydrodynamiques et de cavitation. Ces dispositifs permettent la formation d'une veine liquide d'essai limitée par les parois d'une cellule dans laquelle on immerge une maquette à essayer. Cette cellule présente généralement des dimensions restreintes pour éviter un coût excessif du dispositif. Lorsqu'on utilise un tel tunnel les faibles dimensions de la veine d'essai et les réflexions des ondes acoustiques sur les parois de la cellule ne permettent pas de réaliser dans de bonnes conditions des mesures acoustiques du type directivité d'émission, localisation de sources, etc... Une solution déjà envisagée pour réaliser de telles mesures consiste à entourer la cellule d'essai d'une chambre de grandes dimensions qui est remplie d'un liquide immobile et dont les parois sont revêtues d'un matériau anéchoique. Des capteurs peuvent être aisément disposés et déplacés dans cette chambre selon les trois dimensions de l'espace pour effectuer des mesures acoustiques, par exemple des mesures de la directivité et de la localisation des sources de bruit qui sont constituées par la maquette immergée dans la veine.La difficulté réside alors dans le choix des matériaux - pour les parois de la cellule, ils doivent avoir une tenue mécanique suffisante pour canaliser l'écoulement, tout en étant acoustiquement transparents, - pour les parois de la chambre, ils doivent être suffisamment peu réfléchissants pour éviter les réflexions parasites caractéristiques de l'effet dit de confinement acoustique. Un dispositif appliquant cette solution a été proposé par, entre autres, Mr. A. HIGASHIDA lors de la réunion intitulée : Winter meeting of ASME, tenue à Boston (Etats Unis d'Amérique) en 1987. La présente invention a notamment pour buts - de permettre, sans perturber les conditions hydrodynamiques d'un essai, de déterminer avec une précision accrue les paramètres d'un champ acoustique engendré dans la veine d'essai, - de réaliser cette détermination à l'aide d'un dispositif adéquat d'encombrement et de poids limités, et de préférence voisins de ceux d'un dispositif d'essais hydrodynamique antérieur prévu seulement pour des mesures hydrodynamiques et dépourvu de moyens de mesure acoustiques, - et de réaliser un tel dispositif adéquat par une modification facile d'un tel dispositif antérieur. Elle a notamment pour objet un dispositif d'essais hydrodynamiques avec mesures acoustiques, comportant - des parois de cellule qui constituent une cellule d'essai en forme de conduit s'étendant entre deux ouvertures extrêmes pour conduire une veine d'essai qui est constituée d'un liquide et dans laquelle peut être disposée une maquette à essayer, les surfaces internes de ces parois constituant des parties correspondantes d'une surface limitatrice de veine qui est sensiblement continue au contact de ce liquide, - des moyens de circulation pour entrainer un écoulement de cette veine dans cette cellule entre ces ouvertures extrêmes, - des capteurs acoustiques présentant des surfaces sensibles immergées pour fournir des signaux de mesure acoustique représentatifs d'ondes acoustiques émises à partir de la surface de ladite maquette et reçues par ces capteurs, - et des moyens anéchoiques pour empêcher lesdites ondes acoustiques parvenant sur ladite surface limitatrice de veine d'être renvoyées dans ladite veine et de perturber lesdits signaux de mesure acoustique, - ledit dispositif d'essais étant caractérisé par le fait que lesdits capteurs acoustiques sont portés par lesdites parois de cellule de manière à placer leurs dites surfaces sensibles pratiquement dans ladite surface limitatrice de veine, les surfaces sensibles des capteurs portés par ces parois de cellule occupant seulement des fractions fortement minoritaires desdites parties correspondantes de cette surface limitatrice, - ce dispositif comportant en outre des moyens holographiques pour recevoir des signaux primaires constitués par lesdits signaux de mesure acoustique, pour traiter ces signaux primaires de manière à former des signaux secondaires constituant un hologramme acoustique représentatif du champ acoustique sur ladite surface limitatrice de veine, et pour traiter ces signaux secondaires de manière à former des signaux tertiaires représentatifs du champ acoustique qui apparaitrait sur une surface d'analyse si ladite maquette était disposée dans un milieu liquide infini animé, par rapport à cette maquette, d'un écoulement relatif équivalent à celui de ladite veine d'essai, même si cette surface d'analyse était formée à des distances de cette maquette plus grandes ou plus petites que ladite surface limitatrice de veine. La position ainsi choisie pour les capteurs fait qu'il n'est plus possible de les déplacer dans les trois dimensions de l'espace pour réaliser par exemple une antenne focalisable et orientable mécaniquement. De plus elle soumet chaque capteur à un bruit de couche limite engendré par les turbulences que l'écoulement liquide forme dans la couche limite au contact de la paroi. Mais elle offre, selon la présente invention, divers avantages dont l'existence résulte notamment du fait que les matériaux anécholques actuellement connus ne permettent pas d'éviter complètement que les ondes acoustiques émises par la maquette et parvenant sur la surface limitatrice de veine soit renvoyées partiellement dans la veine.Il faut considérer d'autre part que, lorsqu'une onde acoustique incidente émise par la maquette est reçue par la surface d'une paroi et donne naissance à une onde réfléchie, le signal acoustique qui peut être mesuré en tous points et à toutes fréquences résulte de la superposition de l'onde incidente et de l'onde réfléchie. Un premier avantage obtenu selon la présente invention tient au fait que ce signal acoustique présente, par rapport à celui qui résulterait de l'onde incidente seule, une altération qui est minimale si le point de mesure est situé sur la surface réfléchissante. I1 en résulte que le signal de mesure fourni par un capteur disposé en un tel point est celui qui représente le plus fidèlement l'onde incidente. Un deuxième avantage obtenu selon la présente invention est lié au fait qu'une vibration acoustique émise par la maquette se propage vers plusieurs parois de la cellule, c'est-à-dire, si on considère un capteur situé dans une première de ces parois, que cette vibration se propage non seulement vers cette première paroi mais aussi vers au moins une deuxième paroi. L'onde qui est réfléchie par cette deuxième paroi apparaît provenir d'une source image symétrique de la maquette par rapport à cette deuxième paroi. Elle perturbe le signal acoustique perçu par le capteur.Le fait que ce capteur soit situé dans la première paroi et non plus dans une chambre extérieure formée au delà de cette première paroi diminue le rapport d'une première à une deuxième distances, cette première distance étant celle de ce capteur à la source directe constitué par la maquette, la deuxième distance étant celle de ce capteur à la source image perturbatrice. Il en résulte, en ce qui concerne les ondes reçues par le capteur, une augmentation du rapport d'amplitudes de l'onde utile provenant de cette source directe à l'onde perturbatrice provenant de cette source image. Il serait par ailleurs très désavantageux d'augmenter encore ce rapport en plaçant le capteur en deçà de la première paroi, c'est-à-dire dans la veine liquide, car il perturberait alors l'écoulement de cette veine.Quant au bruit de couche limite précédemment mentionné, il affecte de manière indépendante les divers capteurs et la combinaison des divers signaux de mesure acoustique correspondant permet, lors de leur traitement, d'éliminer ce bruit. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre dans le cadre de l'exposé qui en a été donné ci-dessus. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en perspective d'une armature métallique constituant la structure d'une cellule d'essai d'un dispositif selon la présente invention. La figure 2 représente une vue de face d'un panneau destiné à être fixé dans une ouverture latérale de l'armature de la figure 1 pour constituer une partie d'une paroi de cette cellule, ce panneau étant vu à partir de l'intérieur de cette cellule. La figure 3 représente une vue en coupe du panneau de la figure 2. La figure 4 représente une vue en élévation du dispositif d'essai selon l'invention qui inclue la cellule de la figure 1. Conformément à la figure 4, un dispositif selon la présente invention comporte une cellule d'essai 2 pour guider l'écoulement d'une veine liquide qui est constituée d'eau et dans laquelle est immergée une maquette 34. Les moyens de circulation pour entrainer l'écoulement de cette veine comportent eux mêmes : un divergent 4 pour conduire l'eau en sortie de cette cellule, une cuve aval 5, une pompe 6 entrainée par un moteur 7 pour faire circuler cette eau, un résorbeur 9 en sortie de cette pompe pour amortir les vibrations qu'elle a provoquée dans l'eau et pour uniformiser l'écoulement, et un convergent 8 pour ramener l'eau à l'entrée de la cellule 2. Conformément à la figure 1 la structure mécanique de la cellule 2 présente la forme d'une armature constituée de barreaux tels que 10 et présentant deux ouvertures extrêmes 12 et 14 pour l'entrée et la sortie de l'eau, et des ouvertures latérales formées entre les barreaux et désignées de manière générale par la référence 16. Conformément à la figure 2 un panneau 18 est destiné à obturer une ouverture latérale 16. Il comporte une partie fixe 20 de forme carrée de 1,80 m de coté qui est vue sous la forme d'une plaque absorbante fixe 22 et une partie mobile circulaire 24 de 1,70 m de diamètre qui est logée coaxialement dans la partie fixe et qui est vue sous la forme d'une plaque absorbante mobile 26. Ce panneau sera décrit plus en détail plus loin. Lesdites parois de cellule sont essentiellement constituées par des panneaux tels que 18 qui sont fixés dans la plupart des ouvertures latérales 16, les autres ouvertures 16 étant obturées par d'autres panneaux non représentés dépourvus d'éléments mobiles, mais pouvant comporter des capteurs acoustiques. Elles sont aussi constituées par les barreaux tels que 10 dont les faces internes sont revêtues par des plaques absorbantes 38 et des feuilles de surface 40 de mêmes compositions et épaisseurs que celles qui revêtent les panneaux tels que 18 (voir figure 3). Lesdits capteurs acoustiques sont du type piézoélectrique. Ce sont notamment des capteurs fixes tels que 28 et des capteurs mobiles tels que 30 (voir figures 2 et 3). Les surfaces sensibles telles que 32 de ces capteurs sont circulaires avec un diamètre de 5 mm (Figure 3). La paroi fixe 20 du panneau 18 comportent trois tels capteurs fixes à trois coins du carré et sa partie mobile 24 comporte soixante tels capteurs mobiles répartis sur un diamètre du cercle. Lesdits moyens anéchoiques sont constitués par des plaques absorbantes fixes telles que 22 et mobiles telles que 26 dont l'ensemble forme une couche absorbante. Ces plaques sont épaisses de 50 mm et consituées d'un matériau anéchoque connu tel que celui qui est vendu par la société française HEXCEL France sous la référence PU 77-10 et qui est à base de polyuréthane, ou celui qui est vendu par la société française SMAC Toulon, sous la référence X2-P50. Lesdits moyens holographiques sont constitués par un ensemble informatique d'acquisition et de traitement 36. Les traitements effectués dans cet ensemble sont de même nature que ceux décrits dans la revue "Technical Review" édités au Danemark par Bruël et Kjaer, nO 1, 1989. On va maintenant décrire diverses dispositions qui sont préférées selon la présente invention et qui sont mise en oeuvre dans le dispositif donné en exemple. Lesdits moyens anéchoiques sont constitués par une couche absorbante 22, 26, 38 comportée par lesdites parois de cellule 18, 10 sur leurs faces internes. Cette disposition permet de réaliser une cellule présentant sensiblement le même encombrement, la même facilité de réalisation et le même poids qu'une cellule qui serait dépourvue de moyens de mesure et d'absorption acoustiques et qui serait utilisés seulement pour des mesures hydrodynamiques non acoustiques. De plus une telle cellule primitivement dépourvue de moyens de mesure et d'absorption acoustiques peut être facilement pourvue de tels moyens par simple remplacement des panneaux qui constituent généralement ses parois. Une dite paroi de cellule comporte un support rigide 42, 44, 10 sur lequel ladite couche absorbante 22, 26, 38 est fixée, chacun desdits capteurs acoustiques 28, 30 portés par cette paroi étant fixé sur ce support rigide à travers cette couche absorbante de manière à ne pas être entraîné par les déplacements que la surface externe de cette couche subit sous l'impact des ondes acoustiques. La fixation d'un capteur tel que 30 au support rigide sous-jacent 44 est réalisée à l'aide d'un tube rigide tel que 46 traversant la plaque absorbante telle que 26 (Figure 3). La surface interne de ladite couche absorbante 22, 26, 38 est revêtue d'une feuille de surface 48, 50, 40 plus mince que cette couche et transparente auxdites ondes acoustiques pour constituer ladite surface limitatrice de veine et réduire l'épaisseur de la couche limite que ladite veine liquide présente au contact de cette surface limitatrice en présentant un état de surface meilleur que celui de la couche absorbante. Cette feuille de surface diminue ainsi le frottement du liquide sur les parois de la cellule. Elle peut assurer en même temps une protection chimique de la couche absorbante vis-à-vis du liquide de la veine. Ce liquide est typiquement constitué par une eau qui peut être éventuellement agressive. Cette feuille de surface peut être constituée d'une feuille de polyéthylène de 0,5 mm d'épaisseur. Lesdites surfaces sensibles 32 desdits capteurs acoustiques 28, 30 sont également revêtues par ladite feuille de surface 48. Le dispositif comporte des moyens de déplacement de capteurs 42, 54 pour donner à certains au moins desdits capteurs acoustiques, qui sont des capteurs mobiles 30, une succession de positions distinctes lors d'une succession correspondante d'étapes de mesure, l'ensemble de ces capteurs fournissant un ensemble de dits signaux primaires lors de chacune de ces étapes de mesure, de manière que lesdits moyens holographiques 36 reçoivent une succession correspondante de dits ensembles de signaux primaires pour constituer ledit hologramme acoustique à l'aide d'un nombre limité de capteurs 28, 30 occupant une fraction limitée de ladite surface limitatrice de veine 48, 50, 40. Lesdites parois de cellule 18, 10 comportent au moins un panneau à capteurs mobiles 18 comportant lui même - un support rigide fixe 42 - un support rigide mobile 44 présentant un axe 56 perpendiculaire à ce panneau, - desdits capteurs mobiles 30 fixés sur ledit support rigide mobile 44, - et des moyens de guidage et d'entrainement 52, 54 pour faire tourner ledit support rigide mobile autour de son dit axe et pour constituer ainsi lesdits moyens de déplacement de capteurs. Ces moyens de guidage sont par exemple constitués par deux paliers 52 guidant un arbre creux 58 qui porte le support mobile 44. Les moyens d'entrainement sont constitués par un moteur 54 qui entraine cet arbre en rotation par l'intermédiaire de pignons 60 et 62. Des fils tels que 64 passent dans cet arbre creux pour transmettre aux moyens holographiques 36 les signaux de mesure acoustique fournis par les capteurs mobiles tels que 30. Le support mobile 44 est guidé par rapport au support fixe 42 par l'arbre creux 58 et les paliers 52, et ce support fixe est appliqué contre des épaulements tels que 66 formés sur les barreaux 10. De manière plus générale, selon une dite disposition préférée, lesdites parois de cellules comportent - une armature rigide 10 présentant des ouvertures 16, - plusieurs dits panneaux à capteurs mobiles 18, - et des moyens de fixation pour fixer de manière amovible ces panneaux à capteurs mobiles dans ces ouvertures latérales. Ces moyens de fixation comportent, outre les épaulements tels que 66, des moyens d'appui amovibles tels que des vérins qui ne sont pas représentés et qui permettent un remplacement facile des panneaux après évacuation de l'eau de la cellule 2. Cette dernière peut être isolée pour cela à l'aide de vannes non représentées. L'amovibilité des panneaux permet de modifier facilement la nature des essais. Un panneau amovible rectangulaire 35 de plus grande dimensions permet d'introduire et d'extraire la maquette 34 (voir figure 1). Conformément à ce qui a déjà été indiqué à propos de la constitution du panneau 18, lesdits supports rigide fixe 42 et mobile 44 portent des plaques absorbantes fixe 22 et mobile 26, respectivement, pour constituer une couche absorbante acoustique 22, 26, 38 sur la surface interne de ladite cellule 2, ladite plaque absorbante mobile présentant la forme d'un disque circulaire coaxial audit panneau à capteurs mobiles, ladite plaque absorbante fixe étant évidée pour constituer un logement pour ladite plaque absorbante mobile. I1 semble généralement préférable que, comme représenté, les supports rigides fixe et mobile présentent eux aussi la forme de plaques pleines, qui sont alors rigides et ont les mêmes formes et dimensions que les plaques absorbantes qu'elles portent et qui leur sont fixées par collage. Sur les bords en regard des plaques absorbantes fixe 22 et mobile 26, et dans l'épaisseur de ces plaques sont disposés des éléments de guidage mutuel mâle 68 et femelle 70 constitué de feuilles relativement rigides pour assurer, vis-à-vis de l'écoulement liquide, la continuité de la surface limitatrice de veine constituée par la feuille de surface 48, 50 qui est collée sur ces surfaces absorbantes. Les dimensions de ces éléments de guidage sont suffisamment petites pour que les réflexions des ondes acoustiques sur ces éléments soient négligeables. Le support fixe 42 porte au moins un dit capteur acoustique qui est un capteur fixe 28 pour fournir auxdits moyens holographiques 36 des références dé phase permanentes pour le traitement de ladite succession d'ensembles de signaux primaires. Comme précédemment indiqué le nombre de ces capteurs fixes est trois dans le panneau 18. Un capteur 72 disposé au centre de ce panneau conserve une position fixe et peut donc fournir lui aussi une référence de phase permanente. REVENDICATIONS 1/ Dispositif d'essais hydrodynamiques avec mesures acoustiques, ce dispositif comportant des parois de cellule (18,10) qui constituent une cellule d'essai en forme de conduit s'étendant entre deux ouvertures extrêmes (14, 16) pour conduire une veine d'essai qui est constituée d'un liquide et dans laquelle peut être disposée une maquette (34) à essayer, les surfaces internes de ces parois constituant des parties correspondantes d'une surface limitatrice de veine (48, 50, 40) qui est sensiblement continue au contact de ce liquide, - des moyens de circulation (4, 6, 8) pour entrainer un écoulement de cette veine dans cette cellule entre ces ouvertures extrêmes, - des capteurs acoustiques (28, 30) présentant des surfaces sensibles immergées (32) pour fournir des signaux de mesure acoustique représentatifs d'ondes acoustiques émises à partir de la surface de ladite maquette et reçues par ces capteurs, - et des moyens anechoiques (22,26) pour empêcher lesdites ondes acoustiques parvenant sur ladite surface limitatrice de veine d'être renvoyées dans ladite veine et de perturber lesdits signaux de mesure acoustique, - ledit dispositif d'essai étant caractérisé par le fait que lesdits capteurs acoustiques (28, 30) sont portés par lesdites parois de cellule de manière à placer leurs dites surfaces sensibles (32) pratiquement dans ladite surface limitatrice de veine, les surfaces sensibles des capteurs portés par ces parois de cellule occupant seulement des fractions fortement minoritaires des dites parties correspondantes de cette surface limitatrice, - ce dispositif comportant en outre des moyens holographiques (36) pour recevoir des signaux primaires constitués par lesdits signaux de mesure acoustique, pour traiter ces signaux primaires de manière à former des signaux secondaires constituant un hologramme représentatif du champ acoustique sur ladite surface limitatrice de veine, et pour traiter ces signaux secondaires de manière à former des signaux tertiaires représentatif du champ acoustique qui apparaîtrait sur une surface d'analyse si ladite maquette était disposée dans un milieu liquide infini animé, par rapport à cette maquette, d'un écoulement relatif équivalent à celui de ladite veine d'essai, même si cette surface d'analyse était formée à des distances de cette maquette plus grandes ou plus petites que ladite surface limitatrice de veine. 2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdits moyens anécholques sont constitués par une couche absorbante (22, 26, 38) comportée par lesdites parois de cellule (18, 10) sur leurs faces internes. 3/ Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait qu'une dite paroi de cellule (18,10) comporte un support rigide (42, 44, 10) sur lequel ladite couche absorbante (22, 26, 38) est fixée, chacun desdits capteurs acoustiques (28, 30) portés par cette paroi étant fixé sur ce support rigide à travers cette couche absorbante de manière à ne pas être entraîné par les déplacements que la surface externe de cette couche subit sous l'impact des ondes acoustiques. 4/ Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la surface interne de ladite couche absorbante (22, 26, 38) est revêtue d'une feuille de surface (48, 50, 40) plus mince que cette couche et transparente aux dites ondes acoustiques pour constituer ladite surface limitatrice de veine et réduire l'épaisseur de la couche limite que ladite veine liquide présente au contact de cette surface limitatrice. 5/ Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait que lesdites surfaces sensibles (32) desdits capteurs acoustiques (28, 30) sont également revêtues par ladite feuille de surface (48). 6/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de déplacement de capteurs (52, 54) pour donner à certains au moins desdits capteurs acoustiques, qui sont des capteurs mobiles (30), une succession de positions distinctes lors d'une succession correspondante d'étapes de mesure, l'ensemble de ces capteurs fournissant un ensemble de dits signaux primaires lors de chacune de ces étapes de mesure, de manière que lesdits moyens holographiques (36) reçoivent une succession correspondante de dits ensembles de signaux primaires pour constituer ledit hologramme acoustique à l'aide d'un nombre limité de capteurs (28, 30) occupant une fraction limitée de ladite surface limitatrice de veine (48, 50, 40). 7/ Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que lesdites parois de cellule (18, 10) comportent au moins un panneau à capteurs mobiles (18) comportant lui même - un support rigide fixe (42) - un support rigide mobile (44) présentant un axe (56) perpendiculaire à ce panneau, - desdits capteurs mobiles (30) fixés sur ledit support rigide mobile (44), - et des moyens de guidage et d'entraînement (52,54) pour faire tourner ledit support rigide mobile autour de son dit axe et pour constituer ainsi lesdits moyens de déplacement de capteurs. 8/ Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que lesdits supports rigide fixe (42) et mobile (44) portent des plaques absorbantes fixe (22) et mobile (26), respectivement, pour constituer une couche absorbante acoustique (22, 26, 38) sur la surface interne de ladite cellule (2), ladite plaque absorbante mobile présentant la forme d'un disque circulaire coaxial audit panneau à capteurs mobiles, ladite plaque absorbante fixe étant évidée pour constituer un logement pour ladite plaque absorbante mobile. 9/ Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que ledit support fixe (42) porte au moins un dit capteur acoustique qui est un capteur fixe (28) pour fournir auxdits moyens holographiques (36) des références de phase permanentes pour le traitement de ladite succession d'ensembles de signaux primaires. 10/ Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que lesdites parois de cellule comportent - une armature rigide (10) présentant des ouvertures latérales (16), - plusieurs dits panneaux à capteurs mobiles (18), - et des moyens de fixation (66) pour fixer de manière amovible ces panneaux à capteurs mobiles dans ces ouvertures latérales.