Brevet FR2912214A1 — publié le 20080808

PRISE PARIÉTALE DE PRESSION STATIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative à l'anémométrie par mesure de pression. Elle concerne plus particulièrement le domaine de la mesure de la pression statique au moyen d'une prise pariétale sur un aéronef. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La mesure de la pression statique sur un aéronef est nécessaire pour obtenir des informations de navigation telles que l'altitude, la vitesse air et le nombre de Mach. La vitesse air ou vitesse de l'aéronef par rapport à l'air est classiquement obtenue à partir de la pression dynamique, celle-ci s'exprimant selon la loi de Bernoulli comme la différence entre la pression totale PT et la pression statique PS, soit : 1 2 Pd=2pv =PT ù PS où v est la vitesse air et p la masse volumétrique de l'air. Cette différence peut être directement réalisée 25 par construction dans un tube de Pitot. De manière générale, les aéronefs commerciaux disposent d'une ou plusieurs prises de pression statique aménagées dans la (1) paroi de l'avion et appelées pour cette raison prises pariétales. Une prise de pression pariétale comprend typiquement une plaque aérodynamique affleurant la peau de l'aéronef, dans laquelle sont prévus plusieurs orifices de mesure en communication avec des capteurs de pression. Chaque capteur mesure localement la pression au droit de l'orifice correspondant. En pratique, la pression mesurée par une prise pariétale dépend d'un grand nombre de paramètres liés aux conditions de vol, tels que les angles d'incidence et de dérapage, le nombre de Mach, le braquage des becs volets, la position de l'atterrisseur, la proximité du sol, le régime moteur etc., de sorte que la pression mesurée localement diffère de la pression statique réelle. L'écart entre la pression mesurée et la pression statique réelle est appelé erreur de position. Cette erreur de position est fonction de l'emplacement de la prise pariétale. Certains emplacements sont moins sensibles que d'autres aux variations de tel ou tel paramètre et l'on prévoit par conséquent plusieurs prises pariétales pour réduire les erreurs de mesure. Enfin, la chaîne de mesure de l'aéronef permet de corriger l'influence des paramètres précités en procédant à une calibration préalable. L'influence de l'angle d'incidence sur la mesure de pression statique reste toutefois difficile à compenser. Or, les contraintes imposées par la réglementation sur la précision de la mesure pression statique sont strictes, étant donné que les informations qui en découlent sont critiques pour la sécurité de l'avion. Le problème à la base de l'invention est de proposer une prise pariétale de pression statique simple et robuste, présentant une sensibilité réduite aux variations de l'angle d'incidence. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention est définie par une prise pariétale de pression statique destinée à être montée sur le fuselage d'un aéronef comprenant une concavité de contour sensiblement elliptique, le grand axe de l'ellipse étant sensiblement parallèle à l'axe principal du fuselage de l'aéronef, ladite concavité présentant des profils sensiblement paraboliques selon le petit axe et le grand axe de l'ellipse, la courbure de la concavité étant plus prononcée dans la direction du petit axe de l'ellipse que dans la direction de son grand axe, ladite prise pariétale comprenant en outre au moins un orifice de mesure dans ladite concavité. Avantageusement, la prise comprend une surface hôte dans laquelle est aménagée ladite concavité, ladite surface hôte présentant un profil aérodynamique identique à celui qu'aurait la peau de l'aéronef en absence de ladite prise pariétale. De préférence, une surface de raccordement est prévue pour raccorder la concavité à la surface hôte, ladite surface de raccordement présentant un profil sensiblement en arc de cercle de part et d'autre de la concavité, selon ledit petit axe de l'ellipse. La surface de raccordement présente en outre un profil sensiblement en arc de cercle, de part et d'autre de la concavité, selon le grand axe de l'ellipse. Ledit orifice de mesure est préférentiellement disposé dans la concavité au droit du centre de symétrie de ladite ellipse. Elle peut comprendre une pluralité d'orifices de mesure disposés au fond de la concavité le long de la direction du grand axe de l'ellipse. Le ou les orifice(s) de mesure a(ont) un diamètre de l'ordre de 3 mm. L'invention concerne également un aéronef comprenant au moins une prise pariétale telle que décrite ci-dessus, la surface supérieure de ladite prise venant affleurer la peau de l'aéronef, ladite prise étant en outre orientée de manière à ce que le grand axe de l'ellipse soit sensiblement parallèle à l'axe principal du fuselage de l'aéronef. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles : La Fig. 1 représente une prise pariétale de pression statique selon un mode de réalisation de l'invention ; La Fig. 2A représente une coupe de la prise pariétale de la Fig. 1 selon l'axe X'X ; La Fig. 2B représente une coupe de cette même prise selon l'axe Z'Z ; La Fig. 3 représente une vue de dessus de la prise pariétale de la Fig. 1 ; La Fig. 4 compare la sensibilité aux variations de l'angle d'incidence de la prise de pression statique selon l'invention par rapport à celle d'une prise conventionnelle. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'idée générale à la base de l'invention est de prévoir une prise pariétale présentant une concavité de forme sensiblement elliptique, le grand axe de l'ellipse étant parallèle à l'axe de l'aéronef, ladite concavité possédant une courbure sensiblement plus prononcée selon le petit axe de l'ellipse que selon son grand axe. La Fig. 1 illustre une prise de pression statique selon un mode de réalisation de l'invention. Cette prise de pression est de type à affleurement (flush). Plus précisément, la prise de pression statique 100 est destinée à être montée dans un logement aménagé dans la paroi de l'aéronef, de sorte que, lorsque la prise est mise en place dans son logement, sa surface supérieure 120 vient affleurer la peau de l'aéronef. De préférence, le contour 123, délimitant la surface supérieure de la prise est circulaire. La prise est maintenue dans son logement grâce à une pluralité d'organes de fixation 125, par exemple des boulons ou des rivets. Avantageusement, la prise est montée sur un panneau du fuselage selon le procédé décrit dans le brevet FR-B-2807737 délivré au nom de la demanderesse. En particulier, les organes de fixation 125 sont avantageusement distribués en périphérie de la surface supérieure de manière à perturber le moins possible la mesure de pression. La surface supérieure 120 de la prise comprend une concavité 130 de forme sensiblement elliptique, une surface de raccordement 137 détaillée ci-après et une surface hôte 139 ayant le même profil aérodynamique que celui qu'aurait la paroi de l'aéronef en absence de prise, dit profil théorique. Plus précisément, le contour délimitant la concavité à la surface de la prise est une ellipse 135 dont le grand axe X'X est parallèle à l'axe principal du fuselage. Au fond de la concavité sont prévus un ou plusieurs orifices 150 de faible diamètre, disposés le long du grand axe X'X. Ces orifices sont reliés à des capteurs de pression correspondants, de manière connue de l'état de la technique. La Fig. 2A montre une coupe de la surface supérieure de la prise selon l'axe X'X. On a représenté en pointillés le profil théorique 210 qu'aurait la peau de l'aéronef en absence de prise pariétale. Le profil de la concavité présente avantageusement la forme d'un arc parabolique 235 qui vient se raccorder de part et d'autre au profil théorique de la peau de l'aéronef en deux points Xupstreum et Xdownstreum. Au-delà de ces points de raccordement, le profil de la surface supérieure épouse le profil théorique de la peau de l'aéronef. Selon une variante non représentée, des arcs de raccordement sont prévus pour raccorder de part et d'autre l'arc parabolique au profil théorique. Cette variante permet d'éviter, si nécessaire, un décollement des lignes de flux. Toutefois, étant donné que la courbure de l'arc parabolique est peu prononcée selon l'axe X'X, un décollement n'intervient généralement pas dans les conditions usuelles de vol. Lorsqu'ils sont présents, les arcs de raccordement ont sensiblement la forme d'arcs circulaires. La Fig. 2B montre une coupe de la surface supérieure de la prise pariétale selon le petit axe de l'ellipse Z'Z. Comme précédemment, on a représenté en pointillés le profil théorique 210 qu'aurait la peau de l'aéronef en absence de la prise. Le profil 235 de la face supérieure comprend une première partie en forme d'arc parabolique 237 délimitant le fond de la concavité et deux arcs de raccordement 236 et 238 raccordant de part et d'autre l'arc parabolique au profil théorique 210 de la peau de l'aéronef, de manière à éviter le décollement des lignes de flux. De préférence, les arcs de raccordement sont sensiblement des arcs de cercle. Du fait du contour elliptique de la concavité, le rayon de courbure de l'arc parabolique selon Z'Z est sensiblement plus faible que celui de l'arc parabolique selon X'X. On conçoit ainsi que la concavité à la surface supérieure de la prise de pression soit définie par une nappe dont les génératrices sont paraboliques selon les directions respectives du grand axe et du petit axe d'une ellipse sur laquelle elles s'appuient. Cette nappe est raccordée au profil théorique de la peau de l'aéronef par une surface de raccordement 137 dont la coupe selon le petit axe de l'ellipse comprend deux arcs, de préférence sensiblement des arcs circulaires 236 et 238. Le cas échéant, comme indiqué plus haut, la coupe de la surface de raccordement selon le grand axe de l'ellipse comprend également deux arcs sensiblement circulaires (congés). On a représenté en Fig. 3 une vue de dessus de la concavité de la prise pariétale, sur laquelle on a fait figurer les axes X'X, Z'Z et l'angle d'incidence î. La prise de pression statique selon l'invention présente une faible sensibilité à l'angle d'incidence. En effet, pour une incidence nulle ou faible î1, telle que typiquement observée en régime de croisière, l'écoulement d'air passe dans la concavité selon une direction sensiblement parallèle à l'axe X'X. Etant donné que la courbure de la concavité est faible selon cet axe, la pression mesurée au droit des orifices 150 ne diffère que peu de la pression qui serait mesurée en absence de concavité. En revanche, pour un angle d'incidence élevé ahr par exemple au décollage, l'écoulement d'air passe dans la concavité selon une direction oblique et voit par conséquent une courbure plus prononcée. Il en résulte que la vitesse de l'air au niveau des orifices de mesure 150 est plus faible que sous faible incidence. Cela se traduit, selon le principe de Bernoulli exprimé en (1), par une augmentation locale de la pression statique mesurée, P. Cette augmentation de pression statique compense, au moins partiellement, la chute de pression statique observée aux fortes incidences. Plus précisément en absence de concavité, la pression statique Pa, mesurée pour un angle d'incidence a peut s'écrire : Pa =P +q_Cp(a) (2) où Cp(a) est un coefficient dénommé coefficient de pression, qoo et P sont respectivement la pression dynamique et la pression statique de l'écoulement libre, c'est-à-dire hors perturbations aérodynamiques introduites par l'aéronef. Le coefficient Cp(a) peut généralement s'exprimer en première approximation sous la forme : Cp(a)=a+bcos2a (3) où a et b sont des coefficients indépendants de l'angle d'incidence. L'utilisation d'une prise de pression statique selon l'invention introduit dans l'expression Cp(a) une composante variant selon une loi en sin2a, soit : Cp(a)=a+bcos2a+csin2a (4) où c est un coefficient indépendant de l'angle d'incidence. L'introduction de cette composante permet de compenser la décroissance de Cp(a) en fonction de l'angle d'incidence. Les coefficients b et c dépendent notamment des rayons de courbure du profil de la concavité selon les axes X'X et Z'Z, respectivement. L'optimisation de la prise pariétale peut être réalisée en fonction des rayons de courbure et de la profondeur de la concavité, du nombre ainsi que de l'agencement des orifices de mesure. La Fig. 4 illustre la compensation de pression dans un exemple de réalisation de l'invention. La prise pariétale considérée se présente ici sous la forme d'une plaque aérodynamique de diamètre par exemple égal à 160 mm, l'ellipse définissant le contour de la concavité ayant par exemple une longueur selon son grand axe comprise entre trois à cinq fois la longueur selon le petit axe. La profondeur de la concavité est par exemple trente fois plus petite que la longueur selon le grand axe. Le raccordement de l'arc parabolique, selon le grand axe de l'ellipse, au profil théorique est réalisé par des congés dont le rayon est sensiblement égal à la longueur selon le petit axe de l'ellipse. La concavité est pourvue de préférence de quelques orifices, 3 par exemple, de diamètre sensiblement égaux à 3mm et espacés d'environ 5mm selon l'axe X'X, le trou médian étant situé au droit du centre de symétrie de l'ellipse. On a représenté sur la figure par un trait discontinu l'évolution du module du coefficient de pression CP en fonction de l'angle d'incidence î, mesuré pour une prise pariétale classique ayant le profil théorique du fuselage (c'est-à-dire dépourvue de concavité). On a représenté sur la même figure, par un trait plein, l'évolution du module du coefficient de pression CP en fonction de l'angle d'incidence, le coefficient étant mesuré au niveau de l'orifice médian dans l'exemple précité. On remarque que l'amplitude de variation du coefficient de pression est sensiblement plus faible pour la prise pariétale selon l'invention, ce dans une plage d'angle d'incidence sensiblement comprise entre -15 et 20 . REVENDICATIONS 1. Prise pariétale de pression statique destinée à être montée sur le fuselage d'un aéronef, caractérisée en ce qu'elle comprend une concavité (130) de contour sensiblement elliptique, le grand axe (X'X) de l'ellipse (135) étant sensiblement parallèle à l'axe principal du fuselage de l'aéronef, ladite concavité présentant des profils sensiblement paraboliques selon le petit axe (Z' Z) et le grand axe (X'X) de l'ellipse, la courbure de la concavité étant plus prononcée dans la direction du petit axe de l'ellipse que dans la direction de son grand axe, ladite prise pariétale comprenant en outre au moins un orifice de mesure (150) dans ladite concavité. 2. Prise pariétale selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une surface hôte (139) dans laquelle est aménagée ladite concavité, la surface hôte présentant un profil aérodynamique identique à celui qu'aurait la peau de l'aéronef en absence de ladite prise pariétale. 3. Prise pariétale selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une surface de raccordement pour raccorder la concavité à la surface hôte, ladite surface de raccordement présentant un profil sensiblement en arc de cercle (236, 237) de part et d'autre de la concavité, selon ledit petit axe de l'ellipse. 4. Prise pariétale selon la revendication 3, caractérisée en ce que la surface de raccordement présente en outre un profil sensiblement en arc de cercle, de part de d'autre de la concavité, selon le grand axe de l'ellipse. 5. Prise pariétale selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit orifice de mesure est disposé dans la concavité au droit du centre de symétrie de ladite ellipse. 6. Prise pariétale selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comprend une pluralité d'orifices de mesure disposés au fond de la concavité le long de la direction du grand axe de l'ellipse. 7. Prise pariétale selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le ou les orifice(s) de mesure a(ont) un diamètre de l'ordre de 3 mm. 8. Aéronef comprenant au moins une prise pariétale selon l'une des revendications précédentes, la surface supérieure de ladite prise venant affleurer la peau de l'aéronef, ladite prise étant orientée de manière à ce que le grand axe de l'ellipse soit sensiblement parallèle à l'axe principal du fuselage de l'aéronef.