Brevet FR3124595A1 — publié le 20221230

L’invention concerne un dispositif pour la détection de décollement pour profil aérodynamique ou hydrodynamique, comprenant une structure monobloc caractérisé en ce qu’il comporte : une languette souple et déformable (21) s’étendant entre une première extrémité et une deuxième extrémité, la deuxième extrémité étant libre ; une platine de fixation (22) configurée pour être fixée à un profil, la platine de fixation comporte la première extrémité de la languette souple et déformable (21), ladite platine de fixation (22) comporte en outre une carte électronique (25) et au moins un capteur de décollement (24) comprenant un aimant (23) générant un signal électrique qui indique une valeur de décollement. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Dispositif pour la détection de décollement et ensemble pour un tel dispositif Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un dispositif pour la détection de décollement et ensemble pour un tel dispositif. Les domaines concernés par l'invention sont, de manière non exhaustive, les domaines suivants : tous les secteurs de la mécanique dans les airs avec l’aéronautique, sur l’eau et dans l’eau avec le secteur maritime, sur terre avec le transport terrestre, et le génie civil. Bien entendu, d'autres domaines dans lesquels tous profils aérodynamiques ou hydrodynamiques comportant un capteur de décollement d’écoulement configuré avec la présente invention, sont également concernés. Dans la nature, les profils aérodynamiques et hydrodynamiques ne rencontrent que rarement des écoulements laminaires, c’est-à-dire lorsque les lignes de courants sont parfaitement collées au profil. Lorsque la couche limite est soumise à un gradient de pression adverse, ladite couche limite subit alors un décollement. Une fois la couche limite décollée de la paroi, ladite couche limite laisse place à un écoulement de retour. La position du point de décollement conditionne ainsi la force aérodynamique de portance. De plus, plus le point de décollement est proche du bord d’attaque, plus la recirculation est importante, ce qui induit une diminution de la portance menant au décrochage du profil lorsque l’angle d’incidence, également nommé angle d’attaque, est trop élevé. Le décrochage est donc la limite de l’augmentation de la force exercée sur le profil et composée de la force de portance et de traînée, selon l’angle d’attaque. En effet, la vitesse d’écoulement n’est pas la même de part et d’autre du profil, induisant une différence de pression entre le côté supérieur et inférieur du dit profil. Il en résulte une force orientée vers le haut d’autant plus importante que l’angle d’attaque est important. Le décrochage du profil correspond alors à la perte plus ou moins brusque de portance, provoquée par le décollement de l'écoulement sur la partie supérieure du profil. Deux types de décrochage sont alors possibles : le décrochage statique intervenant dans le cas des écoulement stationnaires à partir d’un certain angle d’incidence, et le décrochage dynamique, lorsque le profil continu de porter alors qu’il a dépassé l’angle de décrochage statique et ceci à cause de la rapidité des variations d’angle d’incidence. Dans le cas des profils de pales d’éolienne, l’environnement proche et la turbulence de la couche limite atmosphérique impliquent un vent soufflant de manière aléatoire sur l’éolienne. Les nombreuses instabilités aérodynamiques provoquent des décollements de l’écoulement à l’origine du décrochage ce qui provoque des fluctuations de charges mécaniques sur l’éolienne et notamment sur les pales. Le décrochage mène à la perte de portance car lorsque le profil décroche et est donc fortement incliné, les angles d’attaques sont davantage importants et le fluide ne parvient plus à suivre les trajectoires imposées, ce qui engendre une diminution de la déformation de la trajectoire des fluides, il y a alors moins d’accélération du fluide sur la face supérieure du profil impliquant une diminution de la dépression. Le décrochage mène également à l’augmentation de la traînée, mais aussi à des nuisances sonores, ainsi qu’à la fatigue de la structure du profil. Ainsi, diverses techniques de détection du décrochage existent déjà. Afin de détecter le décrochage et le raccrochage, il faut détecter l’état de l’écoulement, c’est-à-dire la capacité à détecter la zone de séparation du flux. La détection est alors permise grâce à des appendices tels que des fils (laine, toile, bande magnétique …) suffisamment légers pour ne pas perturber l’écoulement et suivre le flux à l’endroit du capteur, nommés penons. La est composée de trois courbes : le premier graphique en haut correspond à la courbe de l’évolution du coefficient de portance du signal du capteur de décollement en fonction de l’angle d’attaque sur un profil stable aérodynamiquement/hydrodynamiquement, le second graphique au milieu correspond à la courbe de l’évolution de la moyenne glissante du signal du capteur de décollement en fonction de l’angle d’attaque sur un profil stable aérodynamiquement/hydrodynamiquement, et le troisième graphique en bas correspond à l’écart type glissant en fonction de l’angle d’attaque sur un profil stable aérodynamiquement/hydrodynamiquement. L’abscisse de la première courbe nommé Cl pour « Lift Coefficient » en terminologie anglo-saxonne (pour coefficient de portance en français) et l’ordonné nommé AoA pour « Angle of Attack » en terminologie anglo-saxonne (pour angle d’attaque en français). La forme de cette première courbe est croissante lors la phase (a) durant laquelle les valeurs de l’angle d’attaque sont faibles, puis la forme de la première courbe continue de croître et se stabilise durant la phase (b), avant de croître à nouveau lors de la phase (c), suite à quoi, la première courbe disparaît lors de la phase (d). A partir d’une certaine valeur de l’angle d’attaque, la courbe de la portance n’apparait plus, signifiant que le phénomène de décrochage a eu lieu. En effet, cette valeur de l’angle d’attaque correspond à l'incidence de portance maximale où la dépression sur la partie supérieure du profil diminue brutalement suite au décollement des filets d'air et le profil subit alors le décrochage. L’abscisse de la seconde courbe correspond à la valeur de l’angle téta (θ) et plus particulièrement à la moyenne glissante de l’angle entre la queue et le profil, l’ordonnée correspond à la valeur de l’angle d’attaque. La forme de la seconde courbe est rectiligne, stable et avec une moyenne glissante relativement nulle lors la phase (a) durant laquelle les valeurs de l’angle d’attaque sont faibles, puis ladite forme de la seconde courbe présente une croissance suivie d’une décroissance formant une courbe en cloche lors de la phase (b), avant de présenter à nouveau une courbe en forme de cloche durant la phase (c) mais ayant des valeurs plus importantes qu’en phase (b), enfin la courbe se stabilise à nouveau lors de la phase (d) et redevient rectiligne avec une moyenne glissante proche de 0. L’abscisse de la troisième courbe correspond à la valeur de sigma et plus particulièrement à l’écart type glissant de l’angle entre la queue et le profil, l’ordonné correspond à la valeur de l’angle d’attaque. La forme de la troisième courbe est rectiligne, stable et avec une moyenne glissante relativement nulle lors la phase (a) et de la phase et (b), puis ladite forme de la troisième courbe présente une croissance suivie d’une décroissance formant une courbe en cloche lors de la phase (c) similaire à la courbe en cloche de la seconde courbe lors de la phase (c), enfin la courbe se stabilise à nouveau lors de la phase (d) et redevient rectiligne avec un écart type proche de 0. La moyenne et l’écart type glissant du signal du capteur permettent de suivre et anticiper l’évolution de la portance sur les quatre phases. L’angle d’attaque correspondant à l’angle formé par la corde reliant le bord d’attaque et le bord de fuite, avec la vitesse de l’air en amont. Plus l’angle d’attaque est important, plus les filets d’air sont déviés par le profil. Une fois que l’angle de décrochage est dépassé (d), les performances aérodynamiques du profil sont nettement dégradées. Certains documents de l'art antérieur proposent des dispositifs de détection de décrochage. On connaît par exemple le document de publication EP2246559. Ce document décrit une invention concernant une pale d’éolienne avec un capteur de décrochage électrique configuré sur au moins l'une de ladite surface basse pression de la pale ou de ladite surface haute pression de la pale pour détecter un reflux dans une condition de décrochage au niveau de ladite surface de pression respective. Le capteur de décollement comprend : une alimentation électrique ; un volet configuré de manière pivotante par rapport à la surface de pression ; et un circuit capteur qui répond au mouvement dudit volet entre lesdites première et seconde positions et génère un signal électrique correspondant qui indique une condition de décollement. L’inconvénient de ce type de solution est la perte de performance liée à l’utilisation d’un volet non déformable qui est par nature intrusif pour l’écoulement étudié. L’utilisation d’un volet non déformable engendre une augmentation de la traînée, une instabilité aérodynamique/hydrodynamique, et un déclanchement précoce de la cavitation. Un autre inconvénient est la fragilité mécanique liée à la liaison pivot qui mène à l’augmentation du coefficient de frottement du pivot entrainant une dérive du capteur menant à une fiabilité réduite par rapport à une solution sans partie mobile. Les capteurs à base d’axe pivotant ne sont donc pas une solution viable dans le temps. De plus l’utilisation d’un volet non déformable ne permet pas de décrire finement le décollement dû à la rupture de courbe sur le profil. Un autre inconvénient des capteurs à base de volet à axe pivot est qu’ils sont difficilement implantables les uns derrières les autres le long de la corde, car les perturbations des capteurs en amont favorisent le décollement sur les capteurs avals. Présentation de l'invention La présente invention vise à remédier à ces inconvénients avec une approche totalement novatrice. Plus précisément, l’invention a pour objectif de fournir un dispositif pour la détection de décollement constitué d’une languette en matériau souple et déformable sans partie en mouvement, permettant la détection du décollement, l’optimisation du contrôle de l’angle d’incidence, et la détection du mauvais alignement des éoliennes suivant l’angle de lacet. En particulier, un objectif de l’invention est de fournir une telle technique permettant de s’affranchir de tout autre système de réglage complexe, l’implantation de la présente invention permet l’intégration du capteur de décollement au sein du profil afin d’être le moins intrusif possible et ne pas compromettre les performances aérodynamiques ou hydrodynamiques du profil. Un autre objectif de l’invention est de fournir une telle technique qui soit peu coûteuse à mettre en œuvre et qui ne nécessite pas d’entretien particulier. Un objectif de l’invention est de fournir une telle technique, qui puisse être adaptée aisément à des systèmes existants. Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints, selon un premier aspect, à l’aide d’un dispositif pour la détection de décollement pour profil aérodynamique ou hydrodynamique, comprenant une structure monobloc remarquable en ce qu’il comporte : - une languette souple et déformable s’étendant entre une première extrémité et une deuxième extrémité, la deuxième extrémité étant libre ; - une platine de fixation configurée pour être fixée à un profil, la platine de fixation comporte la première extrémité de la languette souple et déformable, ladite platine de fixation comporte en outre une carte électronique et au moins un capteur de décollement comprenant un aimant générant un signal électrique qui indique une valeur de décollement. Grâce à ces dispositions, le capteur de décollement présente l’avantage d’être parfaitement encastrable dans le profil aérodynamique/hydrodynamique afin de ne pas être intrusif et ne pas perturber l’écoulement en augmentant la traînée. La présente invention permet d’élargir les champs d’application et permet donc d’être utilisée pour la détection de givre et de glace, et la détection de défaut structurel, ainsi que la détection de nuisance sonore. La présente invention fonctionne alors pour tout type de fluide. Ladite invention est adaptée à tout type de profil et appendice aérodynamique (aile d’avion, voile souple, voile rigide, pale d’éolienne, pale d’hélicoptère, pale de drone, aileron, empennage, aileron voiture, ouvrage d’art, …) et à tout profil et appendice hydrodynamique (foil, safran, quille, carène …). Le capteur de décollement permet une implantation complétement intégrée au profil, il n’y a alors aucune modification de la géométrie du profil lorsqu’il n’y a pas de décollement. Le capteur à queue souple déformable permet le déploiement avec un recouvrement, à l’image d’une aile d’oiseau. Ledit capteur à queue reprend le principe des rémiges et rectrices, plumes situées sur les ailes et la queue et qui permettent à l’oiseau de voler. La détection du décollement du fluide à l’aide des mouvements de la queue via l’utilisation du principe du capteur à effet Hall ou autre principe électromagnétique (capteur inductif à courant de Foucault, capteur capacitif …) par la mesure de l’angle entre la queue du capteur et la tangente du profil, présente comme avantage une meilleure précision par rapport au capteur de type TOR, acronyme Tout Ou Rien. L’utilisation du capteur à effet Hall permet une meilleure précision de mesure, reproductivité, et une plus faible consommation d’énergie comparé à l'art antérieur. La présente invention a comme autre avantage de minimiser la rupture de ligne du profil. Les capteurs non intrusifs présentent une languette en matériaux souple avec une mémoire de forme, ce qui offre une meilleure souplesse et légèreté. La languette de la présente invention est fabriquée à partir de silicone ayant un Shore compris entre 20 et 100. On distingue comme échelle de dureté : Shore A pour les matériaux mous, et Shore D pour les matériaux durs. Le choix de l’échelle de dureté Shore de la languette et donc de sa souplesse, se fait en fonction du type de fluide. Pour les applications aérodynamiques, où le fluide concerné est l’air, les matériaux Shore A ou B sont utilisés, tandis que pour les applications hydrodynamiques où le fluide concerné est l’eau, les matériaux Shore C ou D sont utilisés. La présente invention permet également d’avoir une implantation en écaille, c’est-à-dire permettant un déploiement avec recouvrement des languettes souples et déformables les unes sur les autres, à l’image des écailles du poisson ou des plumes d’oiseaux. Le capteur de décollement à languettes souples et déformables reprend donc le principe des rémiges et rectrices, plumes situées sur les ailes et la queue et qui permettent à l’oiseau de voler. La présente invention permet de suivre la position de la queue suivant un angle solide et permet donc un accès à la direction de l’écoulement. La présente invention est parfaitement adaptée aux profils déformables à géométrie variable (profils mince ou épais, gonflable ou non) ou aux profils rigides. La présente invention permet une mesure très peu soumise aux effets de la température et permet la mesure au travers les parois. L’invention est avantageusement mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposées ci-après, lesquelles sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Dans un mode de réalisation, ledit dispositif comporte en outre une batterie positionnée en interne ou en externe audit dispositif, ladite batterie servant comme alimentation et est connectée à la carte électronique. Dans un mode de réalisation, le dispositif forme une structure monobloc composée de trois parties : une partie comporte la languette souple et déformable, une deuxième partie comporte ladite platine de fixation, une troisième partie comporte une coquille de protection, ladite coquille de protection coiffe ladite platine de fixation. Dans un mode de réalisation, le capteur de décollement utilise le principe d’électromagnétisme à effet Hall ou inductif à courant de Foucault. Grâce à ces dispositions, le principe d’électromagnétisme permet de suivre l’angle de la position de la languette souple et déformable par rapport au profil. Dans un mode de réalisation la carte électronique fixée sur la platine de fixation transmet le signal électrique par un système de transmission radio, ou par un moyen filaire. Dans un mode de réalisation, la languette souple et déformable se déplace d'une première position, dite position rabaissée, vers une seconde position, dite position relevée. Grâce à ces dispositions, la languette souple et déformable est mobile d’une position à une autre et permet de suivre le décollement du profil. Il s’agit de la deuxième extrémité qui est libre. Dans un mode de réalisation, la présente invention comporte une pluralité de dispositifs pour la détection de décollement selon l’une des revendications précédentes. Grâce à ces dispositions, la pluralité des capteurs de décollement permet une meilleure précision et une description plus fine de la courbe de la languette souple et déformable. Brève description des figures D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description qui suit faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : la décrit ci-dessus représente trois graphiques du coefficient de portance, de la moyenne glissante de l’angle entre la queue et le profil, et de l’écart type glissant en fonction de l’angle d’attaque, explicatifs du signal du capteur de décollement en fonction de l’angle d’attaque. la représente une vue de dessus d’un dispositif de détection de décollement intégré au profil, et représentant l’angle téta (θ) correspondant à la moyenne glissante de l’angle entre la queue et le profil. la représente une vue de dessus du dispositif de détection de décollement selon un mode de réalisation. la représente une vue éclatée d’un dispositif de détection de décollement, suivant une implantation où le capteur est intégré au profil. la représente une vue éclatée et en perspective, d’un dispositif de détection de décollement. la représente une vue de dessus d’un dispositif de détection de décollement soumis à un décollement de l’écoulement. la représente un schéma d’un exemple d’un dispositif de détection de décollement intégré au profil (aile d’avion). la représente une vue de dessus d’un dispositif de détection de décollement intégré au profil. la représente un schéma d’un exemple de déploiement en écaille et de déploiement intégré au profil. la représente un dispositif de détection de décollement positionné à proximité du bord d’attaque pour suivre la position du point d’arrêt, lorsqu’il y a absence de turbulence. la représente un dispositif de détection de décrochage positionné à proximité du bord d’attaque pour suivre la position du point d’arrêt, lorsqu’il y a présence de turbulences. la représente un schéma du principe de fonctionnement physique des capteurs à effet Hall et inductif. la représente un schéma du système multi-capteurs pour décrire finement la courbure de la queue. la représente une vue d’une éolienne équipée d’un système de capteur de décollement par transmission radio sans fils relié à un système d’acquisition. Dispositif pour la détection de décollement pour profil aérodynamique ou hydrodynamique, comprenant une structure monobloc caractérisé en ce qu’il comporte : - une languette souple et déformable (21) s’étendant entre une première extrémité et une deuxième extrémité, la deuxième extrémité étant libre ; - une platine de fixation (22) configurée pour être fixée à un profil, la platine de fixation comporte la première extrémité de la languette souple et déformable (21), ladite platine de fixation (22) comporte en outre une carte électronique (25) et au moins un capteur de décollement (24) comprenant un aimant (23) générant un signal électrique qui indique une valeur de décollement . Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit dispositif comporte en outre une batterie positionnée en interne ou en externe audit dispositif, ladite batterie servant comme alimentation et est connectée à la carte électronique (25). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la structure monobloc est composée de trois parties : une partie comporte la languette souple et déformable (21), une deuxième partie comporte ladite platine de fixation (22), une troisième partie comporte une coquille de protection (20), ladite coquille de protection (20) coiffe ladite platine de fixation (22). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le capteur de décollement (24) utilise le principe d’électromagnétisme à effet Hall ou inductif à courant de Foucault. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la carte électronique (25) fixée sur la platine de fixation (22) transmet le signal électrique par un système de transmission radio, ou par un moyen filaire. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la languette souple et déformable (21) se déplace d'une première position, dite position rabaissée, vers une seconde position, dite position relevée. Ensemble comportant une pluralité de dispositifs pour la détection de décollement selon l’une des revendications précédentes.