Brevet FR2840984A1 — publié le 20031219

moins une graduation permettant de mesurer le niveau d'eau. PERFECTIONNEMENTS AUX CAPTEURS POUR LA MESURE D'AU MOINS UN PARAMETRE PHYSIQUE SUR UN FLUX DE FLUIDE ET NOTAMMENT PERFECTIONNEMENTS AU CAPTEUR DEGIVRE DE TEMPERATURE TOTALE D'AIR La presente invention est relative a un capteur pour la mesure d'au moins un parametre physique sur un flux de fluide et notamment a un capteur degivre de temperature totale d'air. Eile trouve en particulier avantageusement application dans le domaine de l'aeronautique pour la mesure de temperature totale d'air en entree de moteurs eVou a l'exterieur des aeronefs. De nombreux capteurs de temperature totale d'air degivres vent deja connus. Ils comportent classiquement, ainsi que l'illustrent les figures 1 et 2, une prise d'air 1 rapportee sur un corps profile 2 ayant un profil du type en aile d'avion. Un conduit 3 est menage dans le corps profile 2 et permet l'ecoulement du fluide sur lequel un parametre physique doit etre mesure en etant en communication avec la prise d'air 1 par l'intermediaire d'une zone de separation inertielle 4. Cette zone 4 permet de separer par centrifugation les elements de masse importante (liquide, givre, sable,...) par rapport au reste du gaz, ces elements etant evacuee du capteur par une zone d'ejection 5 opposee a la prise d'air 1. Afin d'eviter les phenomenes de decollement du fluide dans la zone de separation inertielle, des trous 6 vent menages dans la paroi de celle-ci, du cote oppose a la zone d'ejection 5, et communiquent avec ltexterieur par l'intermediaire d'une chambre 7 qui s'etend transversalement par rapport au corps profile 2. Le differentael de pression existent entre l'interieur et l'exterieur du capteur permet ['aspiration de la couche limite par les trous 6. L'ensemble de la prise d'air 1, du corps profile 2, du conduit 3, de la zone de separation inertielle 4 et de la zone d'ejection 5 est degivre electriquement par les resistances chauffantes positionnees dans des rainures 8 menagees dans des parois de la sonde. Un element 9 formant sonde de mesure s'etend a l'interieur du conduit 3. Cet element 9 est par exemple un fil de platine constituent une resistance thermometrique, isolee thermiquement du corps profile 2. Le corps profile 2, egalement appele >, est rapporte sur une bride de fixation 11 qui a une forme generale plane (par exemple un disque), qui s'etend perpendiculairement a l'axe du corps 2 et du conduit 3. Une embase de connexion 10 est rapportee sur cette bride de fixation 11 du cote de celle-ci opposee au corps profile 2. Generalement, ainsi que l'illustre la figure 2, la prise d'air 1 est de section interieure rectangulaire et il en est de meme, au moins sur une certaine portion, du conduit 3 qui se raccorde a la prise d'air 1. 11 a ete recemment propose par la Demanderesse, notamment dans sa demande WO 01/88 496, une structure de capteur dans laquelle la prise d'air a une forme semi circulaire ou semi elliptique. II a en effet ete montre qu'une telle forme permettait de tenir des conditions de givrage plus severes qu'avec les capteurs dont les sections 2 0 de p rises d'air vent rectang u la ires. Le but de ['invention est de proposer un capteur presentant un comportement encore ameliore en conditions givrantes et ce sans degrader les performances de mesure en conditions seches. A cet effet, I'invention propose un capteur de mesure de parametre(s) physique(s) sur un fluide comportant une prise de fluide rapportee sur un corps profile, un conduit amenage dans ledit corps profile pour permettre l'ecoulement du fluide, ledit conduit communiquant avec ladite prise de fluide, un element sensible dispose a l'interieur audit conduit, caracterise en ce que le corps profile s'etend avec un axe longitudinal incline dans le flux de fluide autrement que selon une direction perpendiculaire a l'ecoulement audit fluide.. Notamment, I'invention propose un capteur qui comporte une bride de fixation presentant une portee definissant un plan de fixation pour le capteur et dans lequel le corps profile est incline par rapport au plan de fixation et presente un axe longitudinal qui s'etend autrement que perpendiculairement par rapport audit plan. Comme cela sera precise plus loin de facon plus detaillee, une telle structure inclinee presente de nombreux avantages: augmentation de la vitesse de degivrage de la sonde; optimisation de la separation inertielle; augmentation de la section; meilleur rendement d'aspiration. D'autres caracteristiques et avantages de ['invention ressortiront encore de ia description qui suit, iaquelle est illustrative et non limitative et doit etre lue en regard des dessins annexes sur lesquels: - les figures 1 et 2, deja discutees, vent des representations schematiques en coupe et en perspective d'un capteur degivre de mesure de temperature d'air totale conforme a un etat de la technique connu; - la figure 3 est une representation en vue en coupe illustrant un mode de realisation possible de ['invention; - la figure 4 est une representation en vue de cote du mode de realisation illustre sur la figure 3; - la figure 5 et la figure 6 vent des representations en perspective illustrant deux exemples de forme de prise d'air; - la figure 7 est une representation en vue en perspective d'un capteur conforme a un mode de realisation possible de ['invention, cette vue en perspective faisant appara^'tre une forme possible pour la section d'ejection du capteur. Les capteurs illustres sur les figures 3 et suivantes comportent eux aussi une prise d'air 1 supportee par un corps profile ou > 2 et debouchant dans un conduit 3 qui s'etend dans ledit mat 2, ce conduit 3 recevant un element sensible 9. Le corps profile ou mat >> 2 s'etend a partir d'une bride de fixation 11. Cette bride presente notamment une portee 11a qui est destinee a venir en appui sur la piece (portion de fuselage, par exemple) sur laquelle le capteur est destine a etre fixe, la surface de cette portee definissant un plan de fixation pour le capteur. Ce mat 2 et la bride de fixation 11 peuvent etre obtenus de fa,con monobloc en fonderie, ce qui permet d'ameliorer la tenue mecanique de ['ensemble. La sonde constituee par le corps profile 2 et la prise d'air 1 presente la particularite de s'etendre de fa,con inclinee dans le flux d'air ou de fluide (represente schematiquement par des fleches sur la figure 3), au lieu d'etre perpendiculaire audit flux. Plus precisement la sonde s'etend de fa,con a ce que l'ouverture de la prise 1 se trouve dans le flux de fluide, le mat se trouvant egalement dans le fluide, son plan median principal etant parallele a la direction d'ecoulement de celui-ci, I'axe audit mat (ctest-a-dire l'axe du conduit 3 et de ['element sensible 9, reference par A sur la figure 3) etant incline par rapport a l'ecoulement du flux de fluide et etant dispose avec un certain angle par rapport a une direction qui s'etendrait dans ledit plan median perpendiculairement a l'ecoulement du fluide et au plan de fixation defini par la portee 1 1 a. Cette inclinaison est a vers l'arriere >>, la tete de la sonde, c'est a dire la prise d'air 1, etant en retrait par rapport a la partie du mat 2 qui en est la plus eloigne si lton se refere au sens d'ecoulement du fluide. L'angle entre l'axe A du mat 2 et la direction perpendiculaire precitee (angle oc sur la figure 3) est de l'ordre de 5 a 150. On notera que l'axe d'ecoulement de la zone d'ejection 5 (axe B sur la figure 3) est quant a lui perpendiculaire a l'axe de la sonde 2 et est done incline par rapport a la direction d'ecoulement du fluide. Une telle structure inclinee presente de nombreux avantages. Notamment, elle augmente de fa,con substantielle la vitesse de degivrage de la sonde. En outre, elle optimise la separation inertielle en fonctionnement en anti-givrage. Wile permet en outre d'augmenter le diametre d'ejection sans degrader les performances en condition seche. Wile ameliore de fa,con substantielle le rendement d'aspiration de la couche limite. s Ainsi qu'illustrent plus particulierement les figures 5 et 6, la prise d'air 1 a avantageusement une forme au moins partiellement arrondie. Dans le cas illustre sur la figure 5, cette prise d'air 1 est definie par une portion haute 1a de forme interieure sensiblement cylindrique, ainsi que par une paroi inferieure 1b de forme plane qui s'etend entre le bord d'ouverture de la prise d'air 1 et la zone inertielle 4, les termes > et > devant etre ici compris par rapport a l'axe principal du corps 2, considere de la bride de fixation 11 vers la prise d'air. Dans le cas illustre sur la figure 6, la prise d'air 1 est formee par deux surfaces planes inferieures et superieures 1b, 1c reliees entre elles par des surfaces laterales 1d de forme generale cylindrique. Quant au conduit 3, il presente egalement, au moins sur une partie, une forme arrondie. L'utilisation de formes arrondies pour la prise d'air 1 eVou le conduit 3 a l'avantage de permettre de reduire la surface interieure du capteur sur laquelle le givre est susceptible de se deposer, de supprimer les zones de changement de section de passage de l'air ou du fluide a mesurer, d'eliminer les zones mortes generees dans les angles. A puissance de degivrage egale, ces formes permettent de tenir des conditions givrantes plus severes que les capteurs classiques a prise d'air de section de forme rectangulaire; elles permettent en outre d'etre conformes aux derrieres evolutions des normes aeronautiques. Notamment pour des conditions givrantes identiques, la puissance de degivrage necessaire est moins importante de 10 a 20 % que pour les capteurs anterieurs. On notera toutefois que des prises d'air du type de celle illustree sur la figure 6 vent particulierement preferees: notamment, la surface plane superieure 1c permet d'assurer un taux de compression interne suffisant pour le bon rendement du systeme d'aspiration, quelque soit le debit de I'ecoulement exterieur. Par ailleurs, dans l'exemple illustre sur la figure 5, comme sur celui de la figure 6, la surface plane 1b inferieure de la prise d'air 1 porte, a la place des trous d'aspiration qui vent habituellement prevus pour les systemes d'aspiration de couches limites, des ouvertures 12 en forme de rainures qui s'etendent perpendiculairement a la direction d'ecoulement du flux dans la prise d'air. Ces ouvertures 12 en formes de rainures permettent d'ameliorer I'ecoulement a l' interieu r de la sonde, ai nsi q u 'a l' interieu r d u cond uit 3 da ns lequel est dispose ['element sensible grace: - a une augmentation du rendement d'aspiration due a une section efficace plus importante; - a une absence de deviation des lignes de courant, lesdites rainures permettant un ecoulement presentant une certaine largeur (ecoulement 2D) contrairement au systeme d'aspiration a trous. Ce perfectionnement - qui au demeurant pourrait etre utilise independamment du fait que la sonde est inclinee - trouve tout particulierement avantageusement application dans le cas ou la sonde presente une incidence importante par rapport a la direction d'ecoulement du flux (incidence superieure a 5 ). La sensibilite angulaire, systeme de rechauffage active, est alors red uite de 20 a 50 %. Par ailleurs, ces rainures d'aspiration 12 debouchent dans une chambre 7 de separation de couches limites qui est definie d'une part, par la paroi 1 b et d'autre part, par une paroi 13 qui s'etend de fa,con inclinee par rapport a la paroi 1b et par rapport a l'ecoulement de fluide jusqu'a la paroi incurvee qui delimite la zone de separation inertielle 4 et ladite chambre 7. Cette paroi 13 inclinee permet d'augmenter la capacite d'aspiration des rainures 12 en optimisant le differentael de pression entre l'interieur de la sonde et les ouies definies par la forme de cette chambre 7, et ce par generation d'un tourbillon marginal sur les bords de la paroi 13. II en resulte une diminution de l'erreur associee au systeme de rechauffage a teas debit. On notera par ailleurs que la prise d'air 1 et le conduit 3 interieur vent obtenus de fa,con monobloc en fonderie, ce qui permet de separer les sections de passage de fluides des sections d'assemblage de la sonde. 11 en resulte un meilleur controle des dimensions critiques a l'interieur de la sonde et par consequent une meilleure repetitivite des performances de mesure d'une sonde a une autre, et done un moindre cost. Par ailleurs, la section d'ejection de la zone 5 est un parametre important dans la separation inertielle des particules entrant dans la sonde et intervient directement sur la capacite de ia sonde a ingerer du givre et des cristaux de grace. On notera que la structure inclinee de la sonde permet une section de passage adaptee aux fortes concentrations de cristaux qui vent celles rencontrees aujourd'hui par les avions modernes, repondant par la aux derrieres evolutions des normes aeronautiques. L'element sensible 9 est quant a lui constitue de deux parties principales de forme cylindrique (tube ceramique et mandrin support). Ces formes permettent d'assurer un echange d'energie optimal avec le fluide mesure et de diminuer par consequent l'erreur introduite par le transfert de chaleur par conduction entre la sonde et ['element sensible. Cet effet est amplifie par l'utilisation d'une ceramique isolante thermiquement pour le mandrin support. Les ceramiques vent particulierement avantageuses pour la constitution de ['element sensible de leurs caracteristiques mecaniques (tenue en fatigue). Un ecran thermique 14 dispose entre la sonde et le soul-ensemble formant element sensible permet d'assurer une barriere thermique contre le rayonnement emis par le corps de la sonde. II en resulte une amelioration importante de la precision de mesure, notamment lorsque les echanges thermiques avec le fluide mesure vent faibles (basse vitesse au sol ou vol a tres haute altitude. REVENDICATIONS 1. Capteur de mesure de parametre(s) physique(s) notamment la temperature totale de l'air sur un fluide comportant une prise de fluide (1) rapportee sur un corps profile (2), un conduit amenage dans ledit corps profile (2) pour permettre l'ecoulement du fluide, ledit conduit communiquant avec ladite prise de fluide (1), un element sensible dispose a l'interieur audit conduit, caracterise en ce que le corps profile (2) s'etend avec un axe longitudinal (A) incline dans le flux de fluide autrement que selon une direction perpendiculaire a l'ecoulement audit fluide.. 2. Capteur selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il comporte une bride de fixation (11) presentant une portee definissant un plan de fixation pour le capteur et en ce que le corps profile (2) est incline par rapport au plan de fixation et presente un axe longitudinal qui s'etend autrement que perpendiculairement par rapport audit plan. 3. Capteur selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que ['angle entre l'axe longitudinal (A) du corps profile (2) et la direction perpendiculaire a l'ecoulement du fluide et/ou au plan de fixation est sensiblement compris entre 5 et 15 . 4. Capteur selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que la prise de fluide (1) presente une section interieure definie par deux surfaces sensiblement planes (1b, 1c) s'etendant en regard l'une de l'autre et reliees entre elles par des surfaces de forme arrondie. 5. Capteur selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que la prise de fluide (1) presente une section interieure definie par au moins une surface plane (1b) qui communique avec une chambre (7) qui debouche a l'exterieur et qui constitue une chambre d'aspiration de couche limite, ladite surface plane (1 b) presentant a cet effet une pluralite de rainures d'aspiration (12) s'etendant perpendiculairement a la direction d'ecoulement du flux. 6. Capteur selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que la prise de fluide (1) et le conduit interieur (3) vent monoblocs. 7. Capteur selon i'une des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comporte une chambre d'aspiration de couches limites (7) definie entre d'une part une paroi (1a, 1c) delimitant la prise de fluide (1) et d'autre part une paroi plane qui s'etend en regard et en ce que cette derriere est inclinee par rapport a la direction d'ecoulement du fluide. 8. Capteur selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que le corps profile (2) et la une bride de fixation forment une seule et meme piece. 9. Capteur selon l'une des revendications precedente, caracterise en ce que ['element sensible (9) comporte un tube ceramique et un mandrin support. 10. Capteur selon la revendication 9, caracterise en ce que le mandrin support est en ceramique thermiquement isolante. 11. Capteur selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce qu'un element (14) formant barriere thermique est interpose entre le