Brevet FR2694634A1 — publié le 19940211

SONDE D'INCIDENCE c La présente invention concerne une sonde d'incidence, notamment pour aéronef, et plus particulièrement une telle sonde comportant au moins deux prises de pression. Dans les dispositifs connus, ces sondes sont principalement constituées d'une perche montée sur le fuselage ou sur le bord d'attaque de la voilure de l'avion et comportant différentes prises de pression, des capteurs de pression reliés à ces prises de pression et d'une électronique de traitement. Dans tous les cas, l'angle d'incidence i est égal, à un coefficient multiplicatif k près, au rapport de deux pressions dp et DP calculé par l'électronique de traitement i = k (dp/DP) ou dp est une pression d'incidence ou de désalignement, et DP est une pression dynamique. Les pressions dp et DP sont mesurées à l'aide de capteurs relatifs ou différentiels de pression. Dans de tels dispositifs, pour obtenir une précision constante sur la mesure de l'angle d'incidence dans une large plage de vitesses aérodynamiques, la précision des capteurs de pression utilisés doit être d'autant plus grande que les pressions à mesurer sont faibles. Considérons en effet une sonde dans laquelle, le coefficient k est égal à 40, c'est à dire que pour une -2 - incidence de 40 degrés, la pression d'incidence dp est égale à la pression dynamique DP. Supposons que cette sonde doive être utilisée dans un domaine de vitesses aérodynamiques allant de 50 à 250 m/s et dans un domaine d'angle d'incidence allant de -40 degrés à + 40 degrés. On peut montrer que la précision nécessaire sur les capteurs est alors de l'ordre de 4 10-4 de l'étendue de mesure. Ceci conduit à des capteurs précis et onéreux, tout juste suffisants aux basses vitesses mais trop performants aux vitesses élevées, donc mal utilisés. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet une sonde d'incidence, notamment pour aéronef, comportant au moins deux prises de pression, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins un débitmètre et une restriction pneumatique disposés en série entre les deux prises de pression. On notera que l'existence de microcapteurs de débit intégrés sur silicium et peu onéreux rend le dispositif selon l'invention particulièrement avantageux. Dans le cas o ces capteurs ne seraient pas d'une précision suffisante, il est néanmoins toujours possible d'utiliser des capteurs de débit. On peut par exemple monter en série entre les deux prises de pression, une restriction pneumatique et au -3 - moins deux débitmètres adaptés à des gammes de débits différentes. Il est également possible de monter en parallèle entre les deux prises de pression au moins deux restrictions associées chacunes en série à un débitmètre, les débitmètres étant adaptés à des gammes de débits différentes. Dans un mode de réalisation particulier, la sonde selon l'invention comprend au moins trois prises de pression et, entre deux des prises de pression, au moins une restriction et au moins un débitmètre agencés pour mesurer un débit correspondant à une pression d'incidence dp, et, entre deux des prises de pression, au moins une restriction et au moins un débitmètre agencés pour mesurer un débit correspondant à une pression dynamique DP, et des moyens de calcul pour déterminer l'angle d'incidence de la sonde à partir des dékbits mesurés. Avantageusement, dans ce cas le dimensionnement de la restriction est tel que la perte de charge aux bornes du débitmètre est négligeable, c'est à dire que la perte de charge entre les deux prises de pression s'effectue en quasi- totalité au passage de la restriction, l'écoulement au niveau de la restriction est tel que, en appelant v sa vitesse et S sa surface, et Pl et P 2 les pressions au niveau des prises de pression, on ait: P 2-Pl = k v 2 -4 - et, le débit est suffisamment faible pour ne pas altérer significativement les pressions au niveau des deux prises de pression (conditions I). On peut en effet montrer que l'angle d'incidence i peut alors s'écrire: i =k (q/Q)2 ou q est le débit correspondant à la pression dp et Q et le débit correspondant à la pression DP. En se plaçant dans les hypothèses ci-dessus, on peut montrer que les précisions nécessaires pour les capteurs de débit ne sont que d'environ 10-3 de leur étendue de mesure, soit un gain d'un facteur de l'ordre de 2,5. Leq fait d'utiliser des capteurs de débit à la place des capteurs de pression permet donc d'obtenir la même précision sur l'incidence avec des capteurs moins performants. On montre que le gain obtenu sur les précisions nécessaires est égal à 0,5 \/pmax/Pmin ou Pmax est la pression dynamique correspondant à la vitesse aérodynamique maximum et Pmin est la pression dynamique correspondant à la vitesse aérodynamique minimum. Il est donc clair que le gain obtenu est d'autant plus significatif que le rapport entre les vitesses minimum et maximum d'utilisation de la sonde est plus grand. -5 - On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif, des modes de réalisation particuliersc de l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 illustre l'utilisation d'un débitmètre dans une sonde selon l'invention les figures 2 et 3 représentent des -variantes de réalisation de la figure 1, et les figures 4 a et 4 b, 5 a et 5 b, 6 a et 6 b respectivement illustrent trois sondes d'incidence selon l'invention. On voit sur la figure 1 un débitmètre 1 relié par deux conduits 2 et 3 à des prises de pression non représentées sur cette figure Le conduit 3 comporte comporte une restriction 4 La sortie électrique 5, Q(Pl,P 2), du débitmètre 1 est appliquée à l'entrée d'un circuit électronique de traitement également non représenté sur cette figure. Les figures 2 et 3 représentent des modes de réalisation permettant de pallier une insuffisance de précision du débitmètre 1 sur l'ensemble du domaine de mesure nécessaire. Dans le cas de la figure 2, le débitmètre 1 est simplement remplacé par deux débitmètres la et l'a disposés en série, le débitmètre la étant par exemple adapté à la mesure des faibles débits et le débitmètre l'a adapté à la mesure des forts débits. Les sorties électriques 5 a et 5 'a des débitmètres la et l'a respectivement sont appliquées à l'entrée de circuit -6 - électronique de traitement qui utilise l'une ou l'autre information suivant que le débit est faible ou fort. Dans le cas de la figure 3, le débitmètre 1 et la restriction 4 sont remplacés entre les prises de pression Pl et P 2, par deux ensembles de mesure disposés en parallèle, à savoir un premier ensemble constitué d'un débitmètre lb en série avec une restriction 4 b et un deuxième ensemble constitué par un débitmètre l'b en série avec une restriction 4 'b. Le débitmètre lb est adapté aux mesures des faibles débits et le débitmètre l'b est adapté à la mesure des forts débits. Les sorties électriques 5 b et 5 'b, des débitmètres lb et l'b respectivement sont appliquées en entrée du circuit électronique de traitement qui utilise l'une ou l'autre information suivant que le débit est faible ou fort. Bien entendu, les restrictions 4 et leur débitmètre associés 1 respectent de préférence les conditions I mentionnées ci-dessus. Les figures 4 a, 5 a et 6 a représentent les perches 10 de sondes conformes à l'invention. Toutes ces perches comportent deux prises latérales de pression d'incidence 11 et 12 disposées symétriquement par rapport à l'axe de la perche pour capter respectivement des pressions P 51 et P 52 et une prise de pression axiale 13 pour capter la pression totale PT La perche 10 de la figure 4 a comporte en outre une prise 14 de pression statique PS. 7 - Dans les trois cas, on a représenté par la flèche 15 la direction du vent qui fait un angle i avec l'axe de la perche. Si l'on se réfère maintenant aux figures 4 b, 5 b et 6 b, on voit que les trois sondes représentées comportent deux ensembles 20, 20 ', 20 " respectivement et 21, 21 ', 21 " respectivement, conformes chacuns à l'un des modes de réalisation des figures 1 à 3 et un circuit électronique de traitement 22, 22 ', 22 " à l'entrée duquel sont appliquées les sorties électriques des ensembles 20 et 21. Dans le mode de réalisation des figures 4 a et 4 b, les pressions PT et PS sont appliquées aux bornes de l'ensemble 20 et les pressions PSI et P 52 sont appliquées aux bornes de l'ensemble 21. La sortie électrique Q(PT,PS) de l'ensemble 20 est représentative du débit du flux traversant cet ensemble et la sortie électrique Q(P 52, P 51) de l'ensemble 21 est représentative du débit du flux traversant cet ensemble. L'unité de traitement 22 est alors agencée pour calculer l'angle i par la formule suivante r Q(P 52,P 51) 2 Q(PT,PS) Dans le mode de réalisation des figures 5 a et 5 b, une cavité tampon 23 permet de réaliser pneumatiquement la moyenne des pressions P Sl et P 52 et constitue donc une prise de pression à la pression (P 51 +P 52)/2. On applique alors aux bornes de l'ensemble 20 ' les pressions PT et (P 51 +P 52)/2 et aux bornes de l'ensemble 21 ' les pressions P 52 et P Sl. -8 - La sortie Q(PT,(P Sl+P 52)/2) de l'ensemble 20 ' est représentative du débit du flux traversant cet ensemble. De même à la sortie électrique Q(P 52,P 51) de l'ensemble 21 ' est représentative du débit du flux traversant cet ensemble. L'électronique de traitement 22 ' détermine alors l'angle d'incidence i par la formule suivante: Q(P 52,P Sl) 2 i=k Q(PT, (P 51 +P 52 >/2) Dans le mode de réalisation des figures 6 a et 6 b, les pression PT et P Sl sont appliqués aux bornes de l'ensemble 20 " et les pressions PT et P 52 sont appliquées aux bornes de l'ensemble 21 ". La sortie électrique Q(PT,P Sl) de l'ensemble 20 " 11 est représentative du débit du flux traversant cet ensemble eiela sortie électrique Q(PT,P 52) de l'ensemble 21 " 11 est représentative du débit du flux traversant ce dernier ensemble. L'électronique de traitement 22 " 11 calcule alors l'angle d'incidence i par la formule suivante: 2 Q(PTP 51)2 Q(PT,P 52)2 i = 2 k( Q(PT,P 51)2 + Q(PT,P 52)2 Les dispositifs des figures 1 à 3 peuvent également être utilisés comme avertisseur de décrochage. Dans ce cas, l'axe de la sonde est incliné sur l'axe de l'avion d'un angle égal à l'incidence de décrochage. -9 - Les prises de pression Pl et P 2 sont disposées comme les prises de pression d'incidence P 51 et P 52 des figures 4 a, 5 a et 6 a Par conséquent le débit s'inverse lors du passage par l'incidence de décrochage. Dans cette configuration, on n'utilise donc que les caractéristiques de précision au O du débitmètre, ce qui est particulièrement favorable, les débitmètres intégrés présentant naturellement leur plus grande précision au voisinage du 0. Les dispositifs des figures 4 a, 4 b à 6 a, 6 b peuvent par ailleurs être utilisés sur des girouettes mobiles autour d'un axe qui s'alignent dans le lit du vent. Ces girouettes sont constituées d'une palette portant des prises de pression statique et totale et un jeu de prises de pression d'incidence permettant de détecter et mesurer les imperfections d'alignement de la palette dans le vent Il est alors possible d'utiliser les sondes de ces figures, soit pour mesurer l'erreur d'alignement de la palette et calculer ainsi une correction sur l'incidence donnée par la palette, soit de détecter l'erreur d'alignement pour piloter un asservissement qui ramène la palette à sa position exacte. Dans cette application comme dans les avertisseurs de décrochage, seules les caractéristiques de précision du débitmètre autour du O sont utiles, la girouette s'alignant naturellement suivant une direction très proche de celle du vent. -10- REVENDICATIONS 1 Sonde d'incidence, notamment pour aéronef, comportant au moins deux prises de pression ( 11-13), caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins un débitmètre ( 1; 20, 21) et une restriction pneumatique ( 14) disposés en série entre deux des prises de pression. 2 Sonde d'incidence selon la revendication 1, comprenant en série entre les deux prises de pression, une restriction pneumatique et au moins deux débitmètres (la, l'a) adaptés à des gammes de débits différentes. 3 Sonde d'incidence selon la revendication 1, comprenant en parallèle entre les deux prises de pression, au moins deux restrictions ( 4 b,4 'b) associées chacune en série à un débitmètre (lb, l'b), les débitmètres étant adaptés à des gammes de débits différentes. 4 Sonde d'incidence selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant au moins trois prises de pression et, entre deux des prises de pression, au moins une restriction et au moins un débitmètre ( 20) agencés pour mesurer un débit correspondant à une pression d'incidence, entre deux des prises de pressions, au moins une restriction et au moins un débitmètre ( 21) agencés pour mesurer un débit correspondant à une pression dynamique, et des moyens de calcul ( 22) pour déterminer l'angle d'incidence de la sonde à partir des débits mesurés. 5 Sonde d'incidence selon la revendication 4, dans laquelle: -11- les sections de passage des restrictions sont telles que les pertes de charges aux bornes des débitmètres sont négligeables; l'écoulement au niveau de chaque restriction est tel que: P 2-Pl = k v 2 o k est une constante, v est la vitesse de l'écoulement au niveau de la restriction, et Pl et P 2 sont les pressions au niveau des deux prises de pression correspondantes; le débit est suffisamment faible pour ne pas altérer lesdites pressions Pl et P 2; et les moyens de calcul sont agencés pour calculer l'angle d'incidence à un facteur près, par le carré du rapport du débit correspondant à la pression d'incidence au débit correspondant à la pression dynamique.