FR2791773A1 - Girouette destinee a s'orienter dans l'axe d'un ecoulement d'air ambiant - Google Patents
Girouette destinee a s'orienter dans l'axe d'un ecoulement d'air ambiant Download PDFInfo
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Abstract
L'invention se rapporte à une girouette destinée à s'orienter dans l'axe d'un écoulement d'air ambiant. La girouette est pourvue de moyens (11, 12, E1, E2) de prise de pression différentielle représentative de l'incidence aérodynamique (a) de la girouette (1). Selon l'invention, la prise de pression différentielle est équilibrée lorsque la girouette (1) est orientée naturellement dans l'axe de l'écoulement (12).
Description
L'invention se rapporte à une girouette destinée à s'orienter dans
l'axe d'un écoulement d'air ambiant.
Une telle girouette est avantageusement utilisée dans une sonde d'aéronef destinée à mesurer des paramètres aérodynamiques de l'écoulement d'air ambiant de l'aéronef. Le pilotage de tout aéronef implique de connaître la vitesse
relative de l'aéronef par rapport à l'air ambiant, c'est-à-dire au vent relatif.
Cette vitesse est déterminée à l'aide de capteurs de la pression statique po, de la pression totale pt et de l'angle d'incidence ca. c fournit la direction du i0 vecteur vitesse dans un système de référence lié à l'aéronef et pt - po fournit le module de ce vecteur vitesse. Les trois paramètres aérodynamiques permettent donc de déterminer le vecteur vitesse d'un avion et,
accessoirement, d'un aéronef à rotor basculant dit convertible.
Une girouette décrite dans le brevet français FR 2 665 539 montre lI'intérêt pour la sonde de s'orienter dans l'axe de l'écoulement d'air ambiant afin de faciliter la mesure de l'angle d'incidence. Pour vaincre les forces de frottement au niveau de l'axe de rotation de la girouette, ce brevet décrit l'utilisation d'un asservissement mécanique pour annuler l'incidence aérodynamique de la girouette. Cet asservissement est surtout utile aux faibles vitesses d'écoulement d'air ambiant car, plus la vitesse est faible, plus les forces aérodynamiques de l'air sur la girouette sont faibles et ne suffisent pas à vaincre les forces mécaniques de frottement pour orienter
correctement la girouette dans l'axe de l'écoulement de l'air ambiant.
L'utilisation de l'asservissement basé sur l'annulation de l'incidence aérodynamique de la girouette présente néanmoins un inconvénient. En effet, dans la pratique, les imperfections inévitables dans la réalisation de la girouette font qu'un écart angulaire existe entre l'orientation de la girouette due aux forces aérodynamiques aux grandes vitesses d'écoulement et l'orientation de la girouette due à l'asservissement aux faibles vitesses d'écoulement. De plus aux grandes vitesses d'écoulement, I'asservissement peut tenter de modifier l'orientation de la girouette sans y parvenir à cause de l'importance des forces aérodynamiques ce qui entraîne une consommation
de puissance électrique inutile de la part de l'asservissement.
L'invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant un dispositif qui améliore la cohérence de l'orientation de la girouette quelle que soit la vitesse de l'écoulement de l'air ambiant. Pour atteindre ce but, I'invention à pour objet un dispositif de girouette destiné à s'orienter dans l'axe d'un écoulement d'air ambiant et pourvu de moyens de prise de pression différentielle représentative de l'incidence aérodynamique de la girouette, caractérisé en ce que la prise de pression différentielle est équilibrée lorsque la girouette est orientée
naturellement dans l'axe de l'écoulement.
Un avantage lié à l'invention est de limiter le coût de réalisation de la girouette en évitant de resserrer les tolérances de forme de position et de
dimensions dans la définition du profil de la girouette.
Un autre avantage lié à l'invention est d'éviter d'introduire des corrections dans les paramètres de l'asservissement, ce qui gênerait l'interchangeabilité de la palette mobile de la girouette seule, sans les
moyens d'asservissement.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages
apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation
illustré par le dessin joint dans lequel: - la figure 1 représente une girouette conforme à l'invention;
- la figure 2 représente l'intérieur d'une palette de la girouette.
La girouette 1 représentée figure 1 est mobile en rotation autour d'un axe 2. Elle comporte par exemple un arbre 3 d'axe 2 qui pénètre à l'intérieur de la peau 4 d'un aéronef. L'arbre 3 est mobile en rotation par rapport à l'aéronef par exemple au moyen d'un palier 5 à roulement. L'arbre 3 est entraîné en rotation au moyen d'un moteur 6 destiné à orienter la girouette 1 dans une position angulaire précise autour de l'axe 2. L'arbre 3 est solidaire de moyens 7 de mesure de sa position angulaire. Ces moyens 7 comportent par exemple un codeur optique. La position angulaire de la girouette 1, disponible en sortie des moyens 7, définit l'angle d'incidence oa de l'aéronef. L'arbre 3 est également solidaire d'un joint pneumatique 8 permettant de transmettre les informations pneumatiques prélevées par la
girouette 1 à des moyens de traitement 9.
La girouette 1 peut comporter des moyens de prise de pression totale pt comportant un tube 10 ouvert à une de ses extrémités 11. Le tube est sensiblement orienté dans l'axe de l'écoulement 12 d'air ambiant
lorsque la girouette est orientée dans l'axe de l'écoulement 12.
La girouette 1 peut également comporter des moyens de prise de pression statique po situés sur le côté du tube 10. Ces moyens ne sont pas
représentés sur la figure 1.
La girouette 1 comporte une palette 15 ayant par exemple la forme d'une demi-aile delta. La palette 15 est symétrique par rapport au plan de la figure 1. La palette comporte un bord d'attaque 16. Sur l'intrados et l'extrados de la palette 15, au voisinage du bord d'attaque 16, la palette 15 comporte des moyens de prise de pression différentielle. Ces moyens comportent sur au moins une face de la palette 15, par exemple l'intrados, deux orifices 11 et 12 situés respectivement à une distance el et e2 du bord d'attaque 16. Les orifices Il et 12 communiquent tous deux avec une
chambre 20 qui est mieux définie à partir de la figure 2.
La figure 2 représente la palette 15 en coupe selon un plan perpendiculaire au plan de la figure 1 et au bord d'attaque 16. Le profil de la palette 15 représenté figure 2 est symétrique par rapport à un plan 21
perpendiculaire à la figure 2.
Le profil est par exemple celui d'une aile d'avion. Sur l'intrados les deux orifices Il et 12 communiquent avec la chambre 20 située à l'intérieur de la palette 15. Sur I'extrados deux orifices E1 et E2 communiquent avec une chambre 22 également située à l'intérieur de la palette 15. La chambre 20 communique par l'intermédiaire d'une tubulure 23 avec le joint pneumatique 8 représenté figure 1. De la même façon, la chambre 22 communique par l'intermédiaire d'une tubulaire 24 avec le joint pneumatique 8. Le joint pneumatique délivre à des moyens de traitement 9 la pression de la chambre 20 et celle de la chambre 22. Les moyens de traitement 9 comparent ces pressions et génèrent un signal de commande c du moteur 6 de façon à orienter la palette 15 de façon telle que la pression dans la chambre 20 soit égale à la pression dans la chambre 22. Les moyens de traitement 9 peuvent comporter un débitmètre détectant un écart
par rapport à un débit nul entre les deux chambres 20 et 22.
Pour assurer une bonne orientation de la girouette 1 quelle que soit la vitesse de l'écoulement 12 et pour pallier les défauts de symétrie de position des orifices El, Il d'une part et E2, 12 d'autre part ainsi que pour pallier les différences de dimensions entre ces orifices, on prévoit d'équilibrer la pression différentielle entre chaque chambre 20 et 22 en adaptant les dimensions d'au moins un des orifices lorsque la girouette 1 est orientée
naturellement dans l'axe de l'écoulement 12.
On constate par exemple que, lorsque les orifices Il et 12 ont les mêmes dimensions, la pression PI à l'intérieur de la chambre 20 est égale à
PII1 + P12
PI=. PlI est la pression de l'air au niveau de l'orifice Il et P12 est
la pression de l'air au niveau de l'orifice 12.
La pression Pli1 est supérieure à la pression P12. Cette différence de pression est due à la différence entre les distances el et e2. Plus l'orifice, en l'occurrence 11, est proche du bord d'attaque 16, plus la pression Pli1 y est
forte.
En conséquence, lorsque la girouette 1 est orientée naturellement dans l'axe de l'écoulement 12 et si on constate un écart de pression entre les chambres 20 et 22 on peut, afin d'équilibrer les pressions dans les deux chambres 20 et 22, par exemple augmenter la pression PI présente dans la chambre 20 en augmentant une dimension, par exemple le diamètre, de l'orifice Il. On peut tout aussi bien diminuer la pression PI présente dans la chambre 20 en augmentant une dimension de l'orifice 12. On peut de la même façon modifier la pression PE régnant dans la chambre 22 en
modifiant une dimension d'un des orifices E1 ou E2.
En pratique, on peut placer la girouette 1 en soufflerie dans un écoulement 12 à grande vitesse de manière à ce que la palette 15 s'oriente naturellement dans l'axe de l'écoulement sans que les moyens de traitement 9 commandent le moteur 6. Si on constate une différence de pression entre les chambres 20 et 22, on modifie une dimension d'un des orifices par exemple Il ou 12 de façon à modifier la pression d'une des chambres pour sensiblement annuler la différence de pression entre les deux chambres 20
et 22.
Pour mettre en oeuvre l'invention il suffit qu'au moins une des chambres 20 et 22 comporte des moyens pour modifier la pression y régnant, I'autre chambre peut ne comporter qu'un seul orifice. Neanmoins pour des raisons de symétrie, il est préférable que les deux chambres 20 et
22 comportent toutes deux des orifices symétriques par rapport au plan 21.
Dans le mode de réalisation décrit au moyen des figures 1 et 2 les orifices 11, 12, E1 et E2 sont uniques. Néanmoins on peut prévoir qu'un (ou plusieurs) de ces orifices soit (soient) multiple (s), ceci afin d'assurer un débit minimum d'air dans les canalisations 23 et 24 pour que le débitmètre, situé dans les moyens de traitement 9, puisse fonctionner convenablement sans que les dimensions de l'orifice considéré ne soient trop importantes au point
de modifier l'écoulement 12 à son voisinage.
Il est également envisageable que les différents orifices aient des dimensions différentes. Par exemple la surface de l'orifice Il peut être inférieure à celle de l'orifice 12. La pression PI régnant à l'intérieur de la chambre sera alors de la forme: al.PII + a2.P12
PI= 2
a15 a et a2 sont des coefficients dépendant des surfaces des orifices Il et 12.
Dans l'exemple cité ci-dessus on aura al < 1 < a2. Dans cet exemple ou dans l'exemple inverse (al > 1 > a2) I'invention peut tout aussi bien être mise
en oeuvre.
Claims (4)
1. Girouette (1) destinée à s'orienter dans l'axe d'un écoulement (12) d'air ambiant et pourvue de moyens (11, 12, El, E2) de prise de pression différentielle représentative de l'incidence aérodynamique (aE) de la girouette (1), caractérisée en ce que la prise de pression différentielle est équilibrée lorsque la girouette (1) est orientée naturellement dans l'axe de l'écoulement (12).
2. Girouette (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que les moyens de prise de pression différentielle comportent deux prises de io pression (11, 12, El, E2) disposées sensiblement symétriquement de part et
d'autre du bord d'attaque (16) de la girouette (1).
3. Girouette (1) selon la revendication 2 caractérisée en ce qu'au moins une prise de pression comporte deux orifices (11, 12) disposés chacun à une distance (el, e2) différente du bord d'attaque. (16)
4. Girouette (1) selon la revendication 3 caractérisée en ce que la prise de pression différentielle est équilibrée en adaptant une dimension d'un
orifice (11, 12, El, E2).
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