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CA 02394239 2002-06-12
WO 01/44821 PCT/FR00/03489
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SONDE POUR AERONEF
L'invention a pour objet une sonde pour aéronef, permettant de
mesurer notamment la température totale de l'écoulement d'air entourant
l'aéronef.
La mesure de la température totale trouve son utilité pour
déterminer la vitesse réelle de l'aéronef. En effet d'autres capteurs
appartenant à l'aéronef permettent de mesurer la pression totale Pt et la
pression statique Ps de l'aéronef. La connaissance de ces deux pressions Pt
et Ps permettent de déterminer le nombre de mach M de l'aéronef par la
formule suivante
__ ~ _Pt ~ ~, ~ _
M 5 CPs ~
J
Par ailleurs le nombre de mach M représente le rapport entre la
vitesse réelle de l'aéronef et la vitesse du son. Or la vitesse du son Vs
i 5 dépend de la température Ts de l'air entourant l'aéronef.
Vs = y. r .Ts (2)
où y est une constante voisine de 1,4
2o r est la constante des gaz parfaits
Ts est la température statique de l'air, exprimée en degrés Kelvin.
La température statique Ts est la température de l'air à vitesse
nulle. Cette température est très difficile à mesurer à bord d'un aéronef. II
faudrait placer un capteur de température placé au fond d'un trou
25 sensiblement perpendiculaire à la peau de l'aéronef dans une zone ou la
peau est sensiblement parallèle à l'écoulement d'air. Ce capteur de
température serait notamment perturbé par la température de la peau qui
risquerait d'altérer la mesure de température statique. On préfère donc
mesurer la température totale Tt de l'écoulement d'air en plaçant le capteur
3o de température dans l'écoulement d'air. Par l'équation (3) on peut
retrouver
la température statique Ts
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Tt=~1+0,2MZ~Ts (3)
Tout ceci permet de déterminer la vitesse réelle de l'aéronef en
fonction de la température totale Tt, de la pression totale Pt et de la
pression
statique Ps de l'écoulement d'air entourant l'aéronef.
On connaît des sondes de mesure de température totale fixées
sur la peau de l'aéronef. Ces sondes prévoient qu'une partie de l'écoulement
d'air entourant l'aéronef lèche un capteur de température. Lorsque
l'incidence de l'aéronef par rapport à l'écoulement d'air l'entourant est
modifiée, la partie de l'écoulement d'air léchant le capteur de température
est
perturbée ce qui altère la mesure de température totale Tt. Ceci prend
d'autant plus d'importance que, c'est lorsque l'aéronef a une incidence
importante qu'on a besoin de connaitre sa vitesse avec précision.
L'invention a pour but d'améliorer la précision de la mesure de
~ 5 température totale Tt notamment lorsque l'incidence de l'aéronef par
rapport
à l'écoulement d'air l'entourant est forte.
Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet une sonde pour
aéronef, caractérisée en ce qu'elle comporte une palette mobile destinée à
s'orienter dans l'axe d'un écoulement d'air entourant la palette mobile et
fixée
20 à la palette mobile, des moyens pour mesurer la température totale de
l'écoulement d'air.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention dans une
mëme sonde, fixés à une palette mobile de la sonde on regroupe
- des moyens pour mesurer la température totale de l'écoulement
25 d'air ;
- des moyens pour mesurer la pression totale de l'écoulement
d'air ;
- des moyens pour mesurer la pression statique de l'écoulement
d'air ;
30 - des moyens pour mesurer l'incidence de l'aéronef.
Le regroupement de ces différents moyens de mesure permet de
déterminer de façon complète le module et la direction du vecteur vitesse de
l'aéronef au moyen d'une seule sonde. Ce regroupement permet en outre de
réduire le nombre d'ouvertures réalisées dans la peau de l'aéronef.
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L'invention sera mieux décrite et d'autres avantages apparaîtront
à la lecture de la description d'un mode de réalisation particulier de
l'invention illustré par le dessin joint dans lequel
- la figure 1 représente une sonde comportant
- des moyens pour mesurer la température totale de l'écoulement
d'air ;
- des moyens pour mesurer la pression totale de l'écoulement
d'air ;
- des moyens pour mesurer la pression statique de l'écoulement
d'air ;
- des moyens pour mesurer l'incidence de l'aéronef.
La sonde représentée figure 1 comporte une palette mobile 1 en
rotation autour d'un axe 2. La palette 1 comporte une aile 3 possédant un
plan de symétrie, parallèle au plan de la figure et séparant l'intrados de
~ 5 l'extrados. Le profil de l'aile 3 perpendiculairement à son bord d'attaque
4 est
par exemple du type OOZT du N.A.C.A. Dans l'exemple représenté, le bord
d'attaque 4 est sensiblement rectiligne et incliné par rapport à l'axe 2. II
est
bien entendu que d'autres formes d'ailes peuvent être utilisées pour mettre
en oeuvre l'invention. La palette 1 comporte également un arbre 5 d'axe 2 qui
20 pénètre à l'intérieur de la peau 6 d'un aéronef. L'arbre 5 est mobile en
rotation par rapport à l'aéronef par exemple au moyen d'un palier 7 à
roulement.
Du fait la forme de l'aile 3, la palette 1 s'oriente naturellement
dans l'axe de l'écoulement d'air entourant la palette mobile 1. L'axe de
25 l'écoulement est matérialisé par la flèche 8 représenté sur la figure 1.
La palette mobile 1 comporte en outre des moyens pour mesurer
la température totale de l'écoulement d'air.
Avantageusement ces moyens comportent deux canaux dont un
premier canal 10 comprenant un orifice d'entrée 11 faisant sensiblement face
3o à l'écoulement d'air d'axe 8 lorsque la palette mobile 1 est orientée dans
l'axe 8 de l'écoulement d'air. Le premier canal 10 comprend également un
orifice de sortie 12 permettant 'a de l'air se trouvant dans le premier canal
10
de s'échapper en suivant la direction de l'axe 8. Des particules susceptibles
de circuler dans le premier canal 10 s'échappent sans venir en contact avec
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un capteur de température dont la position sera décrite ultérieurement. Ces
particules sont par exemple formées de gouttes d'eau ou de poussières.
Le deuxième canal 13 comprenant des moyens pour mesurer la
température totale de l'écoulement d'air comporte un orifice d'entrée 14
s'ouvrant dans le premier canal 10. Le deuxième canal 13 est par exemple
sensiblement perpendiculaire au premier canal 10. Une partie de l'air
circulant dans le premier canal 10, pénètre dans le second canal 13 par
l'orifice d'entrée 14 et s'échappe du second canal 13 par un orifice de sortie
s'ouvrant sur l'extérieur vers l'arrière de la palette mobile 1.
Les moyens pour mesurer la température totale de l'écoulement
d'air comportent en outre un capteur de température 16 situé à l'intérieur du
deuxième canal 13. Le capteur de température 16 comporte par exemple un
fil à base de platine bobiné formant une résistance électrique dont la valeur
est variable en fonction de sa température. Le capteur de température 16 est
15 fixé dans le deuxième canal 13 de façon à éviter au maximum tous transferts
thermiques entre la structure du deuxième canal 13 et le capteur de
température 16.
Les deux canaux 10 et 13 sont agencés de façon à ce que de l'air
provenant de l'écoulement d'axe 8 circule dans le second canal 13 à faible
2o vitesse. Cette vitesse doit ëtre très inférieure à la vitesse du son dans
l'écoulement tout en étant non nulle afin d'éviter que le capteur de
température 16 ne prenne la température de la structure de la palette mobile
1 et notamment la température de la structure des deux canaux 10 et 13.
En effet lorsque l'aéronef vole en haute altitude la température de
l'écoulement d'air peut être bien inférieure à zéro degrés Celsius ce qui
entraïne un risque de formation de givre sur la palette mobile 1. Le givre
peut
notamment obstruer ces canaux 10 et 13 et donc empêcher toute mesure
correcte de température.
Pour éviter la formation de givre, la palette mobile 1 comporte des
3o moyens de dégivrage comprenant par exemple une résistance électrique
chauffante disposée dans la structure de la palette. Ces moyens de
dégivrage réchauffent la palette mobile 1 et par conséquent l'air qui circule
dans les deux canaux 10 et 13. Pour éviter que le réchauffement d'air ne
perturbe la mesure de température, on prévoit des orifices 17 d'évacuation
de la couche limite de l'air circulant dans les deux canaux 10 et 13.
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Avantageusement la sonde comporte en outre des moyens pour
mesurer la pression totale et la pression statique de l'écoulement d'air ainsi
que l'incidence de l'aéronef.
Les moyens pour mesurer la pression° totale comportent par
5 exemple une prise de pression totale Pt comprenant un troisième canal 20
s'ouvrant, comme le premier canal 10, par un orifice 21 faisant sensiblement
face à l'écoulement d'air d'axe 8. Ce troisième canal 20 est mieux connu
sous le nom de tube de Pitot.
Les moyens pour mesurer la pression statique Ps comportent par
exemple deux prises de pression statique 22 et 23, située chacune sur une
des faces de la palette mobile 1. Sur la figure 1 seule la prise de pression
22
est visible. La prise de pression 23 est placée sur la face invisible de la
palette mobile 1, de façon sensiblement symétrique à la prise de pression 22
par rapport au plan de symétrie de l'aile 3. Ce plan de symétrie est parallèle
~ 5 au plan de la figure 1. Chaque prise de pression 22 et 23 peut comporter
plusieurs orifices, trois sont représentés sur la figure 1, afin notamment de
limiter la section de chaque orifice pour moins perturber l'écoulement d'air
entourant la palette mobile 1 ou encore d'être en mesure de réaliser la
mesure de pression méme si l'un des orifices venait à ëtre obstrué. Les deux
2o prises de pression statiques 22 et 23 sont en communication avec une
chambre située à l'intérieur de la palette afin de moyenner la pression entre
les deux prises 22 et 23.
Les moyens pour mesurer l'incidence de l'aéronef comportent par
exemple deux prises de pression d'incidence 24 et 25 situées, comme pour
25 les prises de pression statique 22 et 23, sur une des faces de la palette
également de façon sensiblement symétrique par rapport au plan de
symétrie de l'aile 3. Les prises de pression d'incidence 24 et 25 ne sont pas
en communication et c'est la différence entre les pressions régnant au niveau
de chaque prise 24 et 25 qui permet de déterminer l'incidence exacte de la
3o palette mobile 1 et par conséquent celle de l'aéronef. Afin d'améliorer la
sensibilité de la mesure d'incidence, on peut placer les,prises de pression 24
et 25 au voisinage immédiat du bord d'attaque 4 de la palette mobile 1.
L'utilisation des informations issues des différentes prises de
pression totale, statique et d'incidence est par exemple décrite dans le
brevet
35 français FR 2 665 539 déposé le 3 août 1990 au nom de la Demanderesse.
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s
Ce brevet décrit notamment l'asservissement de la position
angulaire de la palette mobile 1 autour de son axe 2 afin que l'aile 3 de la
palette mobile 1 soit alignée au mieux dans l'axe 8 de l'écoulement d'air.
L'orientation, ainsi améliorée, de la palette mobile 1 permet notamment de
maïtriser encore mieux la circulation des flux d'air dans les canaux 10 et 13.
