Brevet FR3079425A1 — publié le 20191004

L'invention concerne un simulateur de chute libre, c'est-à-dire une installation permettant de reproduire dans une soufflerie dont la veine d'expérience est agencée verticalement, les sensations d'une chute libre. De telles installations sont utilisées, par exemple, pour la formation et l'entraînement des parachutistes ou encore pour des activités de loisir. Elles permettent de s'affranchir des largages par avion, très onéreux et soumis aux aléas météorologiques. On connaît deux types de simulateurs. Les installations à circuit ouvert dans lesquels l'air aspiré à l'extérieur par les ventilateurs est soufflé dans la veine d'expérience puis s'échappe à l'air libre et se détend à l'extérieur où l'énergie cinétique est perdue. Pour éviter cet inconvénient qui fait que les simulateurs à circuit ouvert consomment beaucoup d'énergie, on connaît un second type de simulateur à circuit fermé dans lesquels l'air récupéré après la veine d'expérience revient à l'aspiration du ventilateur avec une certaine vitesse puis est accéléré à travers celui-ci pour atteindre la vitesse de fonctionnement de la veine. En circuit ouvert, l'air aspiré part à une vitesse nulle en amont du ventilateur, contrairement au circuit fermé où la vitesse à l'aspiration peut être importante si les pertes de charge du circuit sont faibles. Le but de l'invention est donc de proposer un simulateur de chute libre du type à circuit fermé, dans lequel les éléments dudit circuit sont optimisés afin de minimiser au maximum les pertes de charge, donc la puissance absorbée par le moteur d'entraînement du ventilateur. 2 A cet effet,la présente invention a pour objet un circuit fermé de simulateur de chute libre comportant un tronçon central contenant la veine de simulation raccordé à trois voies secondaires assurant le retour de l'air à l'aspiration des 5 ventilateurs. Ces trois circuits sont identiques et disposés selon un angle a de120° l'un par rapport à l'autre. Selon d'autres caractéristiques avantageuses : - la répartition du flux d'air dans les voies de retour est assurée par un diffuseur annulaire qui débute au niveau de 10 la jonction centrale et se termine dans un plan horizontal. - Chaque voie de retour se termine par un coude à 90° à section évolutive dont la section diminue entre l'entrée et la sortie où les trois voies de retour se rejoignent, disposées selon un angle a de120° l'un par rapport à l'autre. 15 - la jonction des trois voies de retour se fait au-dessous d'une grille du type nid d'abeille. - la grille nid d'abeille associée à la grille à petites mailles située à l'entrée da la veine d'expérience crée des micro-turbulences dans les profils de vitesse de ladite veine. 20 - le diffuseur annulaire est suivi de trois convergents curvilignes dont la section, continuellement rectangulaire diminue progressivement de l'entrée vers la sortie, laquelle constitue l'entré des trois voies de retour. - 'un ventilateur est disposé dans un tronçon rectiligne de 25 chacune des voies de retour, en position horizontale ; les axes du ventilateur et du moteur étant parallèles. - Selon un second mode de réalisation, le ventilateur est agencé dans un tronçon de chacune des voies de retour ayant des longueurs droites en amont et en aval, l'axe de 30 l'hélice et du moteur étant en position verticale. - On notera encore que le moteur du ventilateur présent dans chaque voie de retour se trouve à l'extérieur du circuit. 3 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre indicatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : 5 - La figure 1 est une vue de profil de l'une des trois voies, - La figure 2 est une vue de dessus de la partie haute du circuit, - La figure3 est une vue de dessous de la partie basse 10 du circuit, - La figure 4 est un schéma de principe du diffuseur annulaire - La figure 5 est une vue du convergent curviligne, - La figure 6 est une vue du convergent dont la paroi 15 passe d'une section rectangulaire à une section circulaire - La figure 7 est une vue d'une grille nid d'abeille - La figure 8 montre un premier mode d'implantation du ventilateur dans une des voies du circuit de retour et, 20 - La figure 9 montre un deuxième mode d'implantation du ventilateur .Comme on le voit bien sur les figures 1 à 3, le circuit du simulateur de chute libre comporte un tronçon central contenant la veine d'expérience ou de simulation 1 constituée 25 d'un tube cylindrique. Elle comporte, en partie basse, une grille 2 à petites mailles au-dessus de laquelle évolue le sujet. Elle est capable de recevoir celui-ci en cas de chute due, par exemple, à l'arrêt accidentel des ventilateurs. On expliquera, ci-après, la deuxième fonction de cette grille. 4 En sortie haute de la veine, en suivant le sens de l'écoulement, se place un diffuseur tronconique 3 ; celui-ci a une double fonction, il permet la transformation de l'énergie cinétique en énergie potentielle et ce, avec un minimum de s perte de charge grâce au choix d'un angle faible au sommet, l'expérience montre qu'un angle de 7° présente une valeur optimale. En outre, cet évasement fait chuter la vitesse et, de ce fait, la sustentation diminue contribuant ainsi à la sécurité du système en empêchant les sujets de s'élever au-dessus io d'une certaine hauteur. De préférence, les parois de la veine d'expérience ainsi que celles du diffuseur tronconique 3 sont réalisées en un matériau transparent, plexiglas ou verre sécurit, par exemple, afin de permettre l'observation des sujets durant 15 leurs évolutions. Un filet (ou une grille) de sécurité 4 est installé dans le diffuseur tronconique 3 il empêche les objets qui auraient pu passer dans la veine d'expérience de passer dans les voies de retouir.. C'est en sortie dudit diffuseur 3 que se place un 20 diffuseur annulaire 5 que l'on voit bien sur la figure 4. C'est lui qui permet la répartition du flux d'air dans les trois voies de retour, 6a, 6b, 6c disposées selon un angle a de120° l'une par rapport à l'autre (figure 2). Les trois voies sont identiques, c'est pourquoi on a représenté qu'une voie sur les figures. Le 25 diffuseur annulaire débute au niveau de la jonction centrale 23 et se termine dans un plan horizontal. L'écoulement à l'intérieur est de type radial comme dans une volute de ventilateur centrifuge. Chaque voie de retour débute par un convergent curviligne, 30 7a, 7b, 7c dont la section, continuellement rectangulaire diminue progressivement de l'entrée vers la sortie '(figure 5). Dans cette forme, le coefficient de perte de charge est sensiblement égal au coefficient de frottement. Cette valeur est faible du fait d'une conicité modérée, de vitesses d'entrée et de sortie peu élevées et d'un convergent court. 5 Le convergent curviligne débouche sur un coude 8a, 8b, 8c à parois concentriques et section rectangulaire dont l'entrée et la sortie sont identiques. Le coude débouche sur une conduite droite de section 5 rectangulaire 9a puis sur un nouveau coude 10a à 90° à section rectangulaire avec élargissement de sortie. La section de sortie rectangulaire dudit coude s'ajuste à un convergent 11a dont la section d'entrée 12a est également rectangulaire et la section de sortie 13a circulaire (figure 6) de io façon à s'adapter à la virole 14a du ventilateur 15a. La structure de l'écoulement d'air au refoulement de l'hélice doit avoir un faible taux de rotation. Il serait donc souhaitable d'avoir un écoulement à filets d'air parallèles à l'axe, Pour ce faire, le ventilateur 15a est équipé d'un redresseur aval. 15 .En sortie du redresseur, un diffuseur 16a présente une section d'entrée circulaire et une section de sortie rectangulaire pour déboucher sur un diffuseur plat 17a dont les sections d'entrée et de sortie sont rectangulaires et l'une des paroi est en arc de cercle. 20 Le conduit se poursuit ensuite par un coude à 90° à section évolutive 18a. Entre l'entrée et la sortie dudit coude, la section diminue ce qui entraîne une augmentation de la vitesse locale réduisant ainsi les risques de décollement. A la sortie du coude, les trois voies de retour se rejoignent, 25 disposées selon un angle a de120° l'une par rapport à l'autre, au-dessous d'une grille 19 (figure 7) dont le rôle est d'assurer la tranquillisation du flux en redressant les filets d'air et en uniformisant la vitesse de l'air arrivant par les trois voies dans la tuyère. Cette grille est du type nid d'abeille et l'écoulement 30 est du type turbulent à l'intérieur des alvéoles. En association avec la grille 2, à petites mailles, située au-dessus, on obtient une uniformisation des profils des vitesses dans la veine d'expérience, en créant une micro-turbulence. 6 Un dernier convergent curviligne 20, en forme de tuyère, s'appui sur la grille 19 et débouche dans la veine d'expérience 1. Dans le mode de réalisation que l'on vient d'exposer, les 5 ventilateurs sont au nombre de trois, identiques, un dans chaque voie de retour. Ils sont de type axial. Pour des raisons de sécurité et de niveau de bruit, la vitesse à la périphérie des pales doit être la moins élevée possible. Le moteur 21a d'entraînement de chaque ventilateur se trouve 10 à l'extérieur du circuit pour éviter l'échauffement de l'air de la veine de simulation. Dans ce premier mode de réalisation (figure 8), le ventilateur est disposé dans un tronçon rectiligne, en position horizontale ; les axes du ventilateur et du moteur étant parallèles, l'entrainement peut se faire par poulies et 15 courroies. L'accessibilité de l'ensemble est bonne dans cette configuration. Un second mode d'implantation du ventilateur est représenté sur la figure 9. Le ventilateur 22a est agencé dans un tronçon avec des longueurs droites en amont et en aval, ce qui assure 20 un bon fonctionnement car l'axe de l'hélice et du moteur sont en position verticale. Le circuit à retour proposé ci-dessus est fondé sur l'idée qu'il faut compléter le circuit en le refermant vers l'aspiration du ou des ventilateurs. La convergence du flux d'air des trois 25 ventilateurs assure une répartition homogène des vitesses à l'entrée de la veine. Le nombre de ventilateurs peut être dissocié du nombre de conduits du circuit de retour. Il est, en effet, possible d'envisager un gros et seul ventilateur situé dans le conduit 30 principal, en aval ou en amont de la veine d'expérience, et de conserver un circuit de retour mono ou multicanaux. Le choix du type de circuit dépend, en particulier de l'aspect économique lié aux dimensions des ventilateurs et des moteurs d'entraînement. 7 De façon connue, le circuit que l'on vient de décrire est installé dans un bâtiment, autour de la veine d'expérience. On accède à celle-ci par une plateforme 24 située au niveau de la grille 2. On trouve à ce niveau une cabine de contrôle et de 5 surveillance, ainsi que les aménagement de confort et des sièges pour le public. On signalera encore que la structure mécanique de ce circuit, constituée par les trois voies de retour disposées à 120° et leur liaison entre elles, donne de la rigidité au tripode, en 10 partie basse. En partie haute, la forme rectangulaire des conduits, notamment les conduits verticaux, et l'épaisseur des parois constitue une structure autoportante, REVENDICATIONS1. Circuit fermé de simulateur de chute libre comportant un tronçon central contenant la veine de simulation (1) raccordé à une pluralité de voies secondaires assurant le retour de l'air à l'aspiration du ou des ventilateurs, caractérisé en ce que les voies secondaires (6a, 6b, 6c) sont identiques et au nombre de trois disposées selon un angle Q de120° l'une par rapport à l'autre. 2. Circuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que la répartition du flux d'air dans les voies de retour (6a, 6b, 6c) est assurée par un diffuseur annulaire (5) qui débute au niveau de la jonction centrale (23) et se termine dans un plan horizontal. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que 15 chaque voie de retour se termine par un coude à 90° à section évolutive (18a, 18b, 18c) dont la section diminue entre l'entrée et la sortie où les trois voies de retour se rejoignent, disposées selon un angle Q de120° l'une par rapport à l'autre. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que la 20 jonction des trois voies de retour se fait au-dessous d'une grille (19), du type nid d'abeille. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que la grille (19) associée à la grille (2) à petites mailles située à l'entrée da la veine d'expérience (1) crée des micro-25 turbulences dans les profils de vitesse dans ladite veine. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que le diffuseur annulaire (5) est suivi de trois convergents curvilignes (7a, 7b,7c) dont la section, continuellement rectangulaire diminue progressivement de l'entrée vers la 30 sortie, laquelle constitue l'entré des trois voies de retour. 9 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un ventilateur est disposé dans un tronçon rectiligne de chacune des voies de retour, en position horizontale ; les axes du ventilateur et du moteur étant parallèles. 5 8. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ventilateur est agencé dans un tronçon de chacune des voies de retour ayant des longueurs droites en amont et en aval, l'axe de l'hélice et du moteur étant en position verticale. 9. Circuit selon l'une des revendications 7 ou 8 caractérisé en 10 ce que le moteur du ventilateur présent dans chaque voie de retour se trouve à l'extérieur du circuit.