FR3140943A1

FR3140943A1 - Sonde de captage de pression

Info

Publication number: FR3140943A1
Application number: FR2210507A
Authority: FR
Inventors: Philippe REIJASSE; Jean-Charles ABART
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2024-04-19
Also published as: WO2024079278A1

Abstract

Sonde de captage de pression comprenant : une paroi (12) définissant un tube (10) à l'intérieur duquel un fluide peut pénétrer ; et une prise de pression (40) traversant la paroi (12), à partir de laquelle la pression est mesurée. Le tube (10) est ouvert à ses deux extrémités (10A, 10B) de manière à canaliser l'écoulement du fluide le long du tube (10). La sonde (1) comprend un obstacle (30) ayant une face avant (32) qui fait face à l'écoulement canalisé du fluide et s'oppose à cet écoulement, l'obstacle (30) formant une saillie sur la paroi (12) et étant dimensionné de manière à créer une région d'arrêt (S1) du fluide en amont et au pied de la face avant (32), tout en laissant le fluide s'écouler autour de l'obstacle (30), entre l'obstacle (30) et la paroi (12). La prise de pression (40) se situe dans l'alignement et en amont de l'obstacle (30), dans la région d'arrêt (S1).(figure 1)

Description

Sonde de captage de pression

L'invention concerne une sonde de captage de pression. Cette sonde est utilisée pour capter la pression d'un fluide. Elle peut être montée, en particulier, sur un aéronef pour capter la pression dans une région d’arrêt.

Arrière-plan

A bord d'un avion, on utilise des systèmes pour mesurer la pression de l'air en vol, de manière à pouvoir calculer ensuite le nombre de Mach de l'avion ou son altitude. Ces systèmes comprennent généralement des sondes de captage de pression comme des sondes Pitot, des sondes statiques ou des sondes Pitot-statiques (aussi appelées antennes de Prandtl). Toutes ces sondes sont constituées d'un tube de captage à l'intérieur duquel le flux d'air peut pénétrer.

Le nombre de Mach d’un avion est généralement calculée à partir de la pression d’arrêt mesurée et de la pression statique. En dynamique des fluides, la pression d'arrêt est la pression en un point d'arrêt dans un écoulement de fluide. Or, la mesure de la pression d’arrêt obtenue par le biais des sondes actuelles peut être faussée par différents phénomènes.

D'abord, le tube de captage peut être encrassé par des débris ou des insectes. Pour éviter l’introduction d’insectes, les sondes actuelles sont couvertes lorsque l'avion est au sol. Des insectes ou des débris peuvent néanmoins s'introduire dans la sonde dès qu'elle est découverte.

Ensuite, lors d'un vol en conditions givrantes ou par fortes pluies, malgré le chauffage de la sonde et la présence d'un dispositif de purge, la mesure de la pression d’arrêt peut être faussée en raison de la mauvaise évacuation de l'eau et des cristaux accumulés dans le tube de captage, par le dispositif de purge.

Dans la suite, par souci de concision, l'eau, les cristaux, les débris, les insectes et les impuretés présents dans l'atmosphère, quels qu'ils soient, sont désignés conjointement et individuellement par "impuretés".

Le brevet FR3067115 décrit une sonde dans laquelle le fond du tube de captage est bouché par une cloison arrière, de manière à stopper l'écoulement du fluide et permettre de mesurer la pression d’arrêt. Cette sonde présente par ailleurs un trou de drainage usiné au centre de la cloison arrière du tube (i.e. au fond du tube). Ce trou de faible diamètre vise à évacuer les impuretés vers l'extérieur. Toutefois, le trou de drainage étant situé dans l'axe de symétrie du tube, des impuretés risquent de s’accumuler autour du trou, à la périphérie de la cloison arrière, dans la zone d'intersection (i.e. dans le coin) entre la cloison arrière et le tube.

Il existe donc un besoin pour une nouvelle sonde de captage de pression permettant d'évacuer efficacement les impuretés.

Présentation générale

Une sonde de captage de pression selon l'invention comprend : une paroi définissant un tube à l'intérieur duquel un fluide peut pénétrer ; et une prise de pression traversant la paroi, à partir de laquelle la pression est mesurée. Le tube est ouvert à ses deux extrémités de manière à canaliser l'écoulement du fluide le long du tube. La sonde comprend un obstacle ayant une face avant, ou face amont, ou encore face frontale, qui fait face à l'écoulement canalisé du fluide et s'oppose à cet écoulement. L'obstacle forme une saillie sur la paroi et est dimensionné de manière à créer une région d'arrêt du fluide en amont et au pied de la face avant, tout en laissant le fluide s'écouler autour de l'obstacle, entre l'obstacle et la paroi. La prise de pression se situe dans l'alignement et en amont de l'obstacle, dans la région d'arrêt.

Une telle sonde est de conception simple et robuste, et son risque d'encrassement par des impuretés est limité. En outre, sa maintenance est facilitée du fait que le tube est ouvert à ses extrémités.

Lorsqu'une telle sonde est montée sur un aéronef, les impuretés sont évacuées directement et efficacement en étant entrainées dans l'écoulement canalisé du fluide. Cet écoulement canalisé est dévié à l'opposé de la prise de pression, par l'obstacle, ce qui protège la prise de pression des impuretés. Malgré cela, si des impuretés venaient à se loger au pied de l'obstacle, elles seraient rapidement délogées par un phénomène d'aspiration les attirant dans l'écoulement canalisé. Ce phénomène d'aspiration est le résultat d'une dépression créée par l'augmentation de la vitesse de l'écoulement autour de l'obstacle. Cette augmentation de vitesse est elle-même créée par effet Venturi. Une telle sonde permet donc d'évacuer efficacement les impuretés et, ainsi, d'éviter les erreurs de mesure liées à ces particules.

Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont repérés par rapport à l'écoulement canalisé du fluide à l'intérieur du tube. La région d'arrêt et la prise de pression se situent donc avant l'obstacle, dans le sens de l'écoulement.

Le tube s'étend suivant un axe central. Il peut être de section quelconque. Généralement, le tube présente une forme générale de cylindre de révolution, auquel cas, il a pour axe central l'axe de révolution et sa section est circulaire. Dans le présent exposé, une direction axiale est une direction parallèle à l'axe central tandis qu'une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe central. L'alignement s'apprécie suivant une direction axiale. Ainsi, la prise de pression et l'obstacle sont alignés suivant une direction axiale.

L'obstacle forme une saillie sur la paroi en ce sens qu'il est en relief par rapport à la surface interne de la paroi. En d'autres termes, dans le cas particulier d'une paroi définissant un tube cylindrique, la face avant de l'obstacle se situe à l'intérieur du volume cylindrique de longueur mathématiquement infinie délimité par la surface interne du tube.

L'obstacle s'étend en hauteur, suivant une direction radiale ou sensiblement radiale, depuis son bord inférieur qui est relié à la paroi jusqu'à son bord supérieur qui est libre. La région d'arrêt se situe au pied de l'obstacle, i.e. le long de la paroi au niveau du bord inférieur de l'obstacle, et en amont de ce dernier. Un espace vide pour le passage du fluide s'étend entre le bord supérieur de l'obstacle et la paroi qui l'entoure.

Dans certains modes de réalisation, la face avant de l'obstacle est délimitée en hauteur par un bord supérieur et un bord inférieur, et en largeur par des bords latéraux. Le bord inférieur est relié à la paroi. Le bord supérieur et les bords latéraux sont libres, de sorte que le fluide peut s'écouler au-dessus de l'obstacle, entre le bord supérieur et la paroi, et sur les côtés de l'obstacle, entre les bords latéraux et la paroi. Une telle configuration permet d'évacuer plus efficacement les particules en ménageant, de part et d'autre de l'obstacle, des zones d'évacuation latérales.

Par contraste avec les sondes connues, dans lesquelles le fond du tube de captage est bouché pour stopper l'écoulement du fluide, la sonde proposée présente un tube de captage ouvert à ses deux extrémités de manière à canaliser l'écoulement du fluide le long du tube, depuis l'extrémité amont jusqu'à l'extrémité aval du tube et même au-delà de l'extrémité aval. Dans la sonde proposée, l'écoulement du fluide n'est stoppé que localement, dans une région limitée en amont de l'obstacle, à savoir ladite région d'arrêt.

Dans le présent exposé, on appelle "section de passage minimum" du fluide la section délimitée par la paroi interne du tube et les bords libres (latéraux et supérieur) de l’obstacle. On appelle "section de passage maximum", la surface perpendiculaire à l’écoulement dans le tube lorsqu’il n’y a pas d’obstacle.

Dans certains modes de réalisation, la section de passage minimum se situant au niveau de l'obstacle est au moins égale à 20% de la section de passage maximum. Le tube est donc largement ouvert, y compris au niveau de l'obstacle, de manière à favoriser l'écoulement du fluide le long du tube.

Actuellement, un avion de ligne peut être équipé de deux ou trois sondes de manière à pallier la défaillance d'une des sondes. La sonde proposée pourra, par exemple, être utilisée en complément ou en remplacement de l'une de ces sondes.

L'invention a également pour objet un système de mesure de pression comprenant une sonde telle que précédemment décrite et un capteur de pression relié pneumatiquement à la prise de pression.

Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation de la sonde. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.

Les dessins annexés sont schématiques et ne sont pas nécessairement à l'échelle, ils visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. Sur ces dessins, d'une figure (fig) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence.
Cette figure est une coupe axiale d'un exemple de sonde de captage.
Cette figure est une vue de droite, selon la flèche II, de la sonde de la .
Cette figure est une vue de détail, en perspective, de l'extrémité aval de la sonde de la .
Cette figure est une coupe axiale d'un autre exemple de sonde de captage.
Cette figure est une vue de droite, selon la flèche V, de la sonde de la .
Cette figure est une vue de détail, en perspective, de l'extrémité aval de la sonde de la .
Cette figure est une vue analogue à celle de la , d'une variante de réalisation.
Cette figure est une vue analogue à celle de la , d'une variante de réalisation.
Cette figure est une vue analogue à celle de la , d'une variante de réalisation.
Cette figure est une coupe axiale d'un autre exemple de sonde de captage.
Cette figure est une vue de droite, selon la flèche XI, de la sonde de la .
Cette figure est une vue de détail et de dessus, selon la flèche XII, de l'extrémité aval de la sonde de la .
Cette figure est une vue de détail, en coupe axiale, de l'extrémité aval d'un autre exemple de sonde de captage.
Cette figure est une vue en perspective de la .
Cette figure est une vue de détail, en coupe axiale, de l'extrémité aval d'un autre exemple de sonde de captage.
Cette figure est une vue de détail, en coupe axiale, de l'extrémité aval d'un autre exemple de sonde de captage.
Cette figure représente un exemple de sonde de captage, en coupe axiale, montée sur le fuselage d'un aéronef.
Cette figure est un graphique représentant différentes pressions P mesurées, exprimées en pascal (Pa), en fonction du nombre de Mach de l'écoulement M0 mesuré dans la veine de la soufflerie.
Cette figure est un graphique représentant le nombre de Mach de l'écoulement Mc calculé à partir de la pression Pi_S1 mesurée dans la région d’arrêt S1, en fonction du nombre de Mach M0 mesuré dans la veine de la soufflerie.
Cette figure est un graphique qui représente le nombre de Mach rectifié McR issu de la méthode de correction décrite ci-après.

Description détaillée

Des modes de réalisation particuliers de la sonde de l'invention sont décrits en détail ci-après, en référence aux exemples représentés sur les dessins annexés. Ces modes de réalisation et ces exemples illustrent les caractéristiques et les avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite ni à ces modes de réalisation particuliers, ni aux exemples représentés.

Comme illustré sur les dessins, la sonde de captage de pression 1 comprend une paroi 12 définissant un tube 10, ou tube de captage, à l'intérieur duquel un fluide peut pénétrer. Une telle sonde 1 peut être montée, notamment, sur un véhicule terrestre, aérien ou maritime. En particulier, la sonde 1 peut équiper un aéronef comme un avion. Dans ce cas, le fluide en écoulement est de l'air.

La sonde 1 comprend une prise de pression 40 traversant la paroi 12. La pression peut être mesurée à partir de la prise de pression 40 par un capteur de pression P (représenté en pointillés sur les figures 1 et 17). Le capteur de pression P est relié à la prise de pression 40 par une liaison pneumatique. En d'autres termes, l'information est transmise par voie pneumatique depuis la prise de pression 40 jusqu'au capteur P qui effectue la mesure de pression. Cette mesure de pression peut ensuite servir de base au calcul du nombre de Mach du véhicule sur lequel la sonde 1 est montée.

Le tube 10 est creux et ouvert à ses deux extrémités 10A, 10B, de manière à canaliser l'écoulement du fluide le long du tube 10. Les lignes de courant F de l'écoulement sont représentées par des lignes fléchées sur les figures 1, 4,10 et 13. Comme illustré, le fluide s’engouffre dans le tube 10 et son écoulement est canalisé le long du tube 10. Un obstacle 30 en saillie par rapport à la paroi 12 crée une région d'arrêt S1 du fluide en amont et au pied de l'obstacle 30, tout en laissant le fluide s'écouler autour de l'obstacle 30, c’est-à-dire entre l'obstacle 30 et la paroi 12 qui l'entoure. L'obstacle 30 peut, par exemple, être une protubérance ou une marche montante. La prise de pression 40 se situe dans l'alignement et en amont de l'obstacle 30, dans la région d'arrêt S1.

La longueur L du tube 10 est suffisamment importante pour que l’écoulement incident soit canalisé et uniforme avant d'arriver sur l’obstacle 30. Par exemple, la longueur L du tube 10 peut être supérieure à cinq fois la plus grande dimension de sa section. Dans les exemples des dessins, le tube 10 est de forme cylindrique et de section circulaire, de sorte que la plus grande dimension de sa section correspond au diamètre interne d du tube 10. D'autres formes de tube pourraient néanmoins être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, le tube 10 pourrait comporter en amont de sa longueur L une forme tronconique divergente, pour limiter l'introduction des impuretés. Le bord d’attaque de l’extrémité avant 10A du tube 10 pourrait, par ailleurs, être coupé au couteau, ou arrondi, pour mieux capter l’écoulement du fluide dans le tube.

L'obstacle 30 a une première face, appelée face avant 32, faisant face à l'écoulement canalisé du fluide et s'opposant à cet écoulement. La face avant 32 a une hauteur H et une largeur W, comme repéré sur la . Dans les exemples des dessins, l'obstacle 30 est de section sensiblement constante, mais ce n'est pas nécessairement le cas. Par exemple, l'obstacle 30 peut s'affiner vers l'aval. L'obstacle 30 peut, par ailleurs, présenter des bords biseautés ou arrondis comme représenté sur les figures 11 et 15. Des arrondis 47, 48 aux bords de la face avant 32 et des bords latéraux 33 de l’obstacle permettent de favoriser l’évacuation de l’écoulement entre l’obstacle 30 et la paroi 12 (figures 11, 15 et 16).

Comme représenté sur les figures 13, 15 et 16, un arrondi 39 ou une cassure d’angle 49 à la jonction de la face avant 32 et de la paroi 12 permet de favoriser l’évacuation des impuretés qui pourraient temporairement s’engouffrer dans la région d’arrêt S1.

De manière générale, la forme de l'obstacle 30 et de sa face avant 32 peuvent varier. De même, la position de l'obstacle 30 par rapport au plan de sortie PS du tube 10 peut varier. Ainsi, dans l'exemple des figures 1 à 3, l'obstacle 30 est fixé à l'extrémité aval 10B du tube 10 de sorte que la face avant 32 de l'obstacle se situe dans le plan de sortie PS du tube 10. On dit alors que l'obstacle 30 se situe "à la sortie" du tube 10. L'obstacle 30 a la forme d'une plaque et présente une épaisseur E, mesurée suivant une direction axiale, inférieure à la hauteur H et à la largeur W de l'obstacle.

L'exemple des figures 4 à 6 diffère de celui des figures 1 à 3 en ce que l'obstacle 30 a une épaisseur E plus importante de sorte qu'il a une forme générale de parallélépipède rectangle, étant entendu que la face inférieure de ce parallélépipède n'est pas plane puisqu'elle est au contact de la paroi 12 et suit la courbure de la paroi 12. Par ailleurs, l'obstacle 30 est positionné à l'intérieur du tube 10 de sorte que sa face arrière 36, ou face aval, se situe en amont du plan de sortie PS du tube 10.

L'exemple de la diffère de celui des figures 4 à 6 en ce que l'obstacle, bien qu'il soit toujours positionné à l'intérieur du tube 10, est plus proche du plan de sortie PS du tube 10. En particulier, la face arrière 36 de l'obstacle 30 est alignée avec le plan de sortie PS du tube 10. La face arrière 36 de l'obstacle 30 pourrait également se situer à l'extérieur du tube sans sortir du cadre de l'invention.

Les exemples des figures 8 et 9 diffèrent de celui des figures 4 à 7 essentiellement par la forme de l'obstacle 30. On comprend que l'obstacle peut présenter différentes formes sans sortir du cadre de l'invention, sa face avant 32 et, plus généralement, la section transversale de l'obstacle 30, pouvant être de forme générale rectangulaire, carrée, trapézoïdale, polygonale, semi-circulaire, etc., étant entendu que le bord inférieur 35 de la face avant 32 est au contact de la paroi 12 et suit la courbure de celle-ci.

Les exemples des figures 10 à 16 diffèrent de celui des figures 1 à 3 par le fait que l'obstacle 30 a la forme d'une plaque fixée à l'extrémité aval 10B du tube 10 de sorte que la face avant 32 de l'obstacle se situe en aval du plan de sortie PS du tube 10 (et non pas dans le plan de sortie PS).

Dans certains modes de réalisation, comme dans les exemples des figures 10 à 16, l'extrémité aval 10B du tube est délimitée par un plan de sortie PS, et une portion 12B de la paroi 12 se prolonge en aval du plan de sortie PS. En particulier, la portion 12B forme une languette s'étendant d'un côté du tube 10, dans le prolongement de celui-ci. L'obstacle 30 forme une saillie sur cette portion 12B de paroi. La face avant 32 de l'obstacle 30 est située en aval du plan de sortie PS. Il existe ainsi des zones de passage transversal ZT entre le plan de sortie PS et la face avant 32 de l'obstacle 30, de chaque côté de l'obstacle 30. Plus la distance axiale XF entre la face avant 32 et le plan de sortie PS augmente, plus la taille des zones de passage transversal ZT augmente. La projection des zones de passage transversal ZT dans un plan de coupe axial passant par la prise de pression 40 est représentée en hachuré sur la .

Les zones de passage transversal ZT conduisent à une surface de passage (ou d’évacuation) tridimensionnelle plus grande que dans les configurations où la face avant 32 est positionnée à l’intérieur du tube 10 ou dans le plan de sortie PS. Les zones de passage transversal ZT favorisent l'évacuation latérale des impuretés.

Dans certains modes de réalisation, la face avant 32 est située en aval du plan de sortie PS de sorte que XF < 0,5·dS, où XF est la distance axiale entre la face avant 32 et le plan de sortie PS et dS la plus grande dimension de la section droite intérieure du tube 10 dans le plan de sortie PS. Lorsque le tube 10 est de section circulaire, la plus grande dimension dS de sa section correspond à son diamètre interne d. Une telle configuration garantit le fait que l'obstacle 30 soit situé dans l'écoulement canalisé du fluide. En d'autres termes, la zone en aval du tube 10 dans laquelle se situe l'obstacle 30 est suffisamment proche du plan de sortie PS du tube 10 pour que l'écoulement du fluide soit encore canalisé dans cette zone.

Dans certains modes de réalisation, la face avant 32 de l'obstacle est délimitée en hauteur par un bord supérieur 31 et un bord inférieur 35, et en largeur par des bords latéraux 33. Le bord inférieur 35 est relié à la paroi du tube 12 tandis que le bord supérieur 31 et les bords latéraux 33 sont libres en ce sens qu'ils ne sont pas reliés à la paroi du tube 12, mais séparés de celle-ci par un espace vide. Il existe donc une surface supérieure ZA, au-dessus de l'obstacle 30, et des surfaces latérales ZB, de part et d'autre de l'obstacle 30, à travers lesquelles s'écoule le fluide. Ces surfaces ZA et ZB, sont repérées sur les figures 2, 5 et 11. Les surfaces ZA et ZB sont contiguës et planes lorsque la face avant 32 de l'obstacle 30 se situe en amont ou dans le plan de sortie PS du tube 10 (c’est-à-dire lorsque l'obstacle 30 se situe à l'intérieur ou à la sortie du tube 10). Ces surfaces ZA et ZB sont contiguës et tridimensionnelles, lorsque la face avant 32 de l'obstacle se situe en aval du plan de sortie PS du tube 10, c’est-à-dire lorsqu'il existe des zones de passage transversal ZT.

Le tube 10 délimite des sections de passage pour le fluide. On appelle section de passage la surface à travers laquelle s'écoule (ou s’évacue) le fluide entre l’obstacle 30 et la paroi 12 du tube. Dans certains modes de réalisation, le tube 10 délimite une section de passage minimum et une section de passage maximum pour le fluide, la section de passage minimum se situant au niveau de l'obstacle et étant au moins égale à 20% de la section de passage maximum. Dans le cas particulier d'un tube cylindrique de révolution, la section de passage maximum peut être égale à l'aire de la section circulaire intérieure du tube, soit π·d²/4 où d est le diamètre interne du tube.

Dans les exemples des figures, la section de passage minimum correspond à la somme des surfaces ZA et ZB qui entourent l'obstacle.

Dans les modes de réalisation où l'obstacle 30 se situe à l'intérieur ou à la sortie du tube 10, comme dans les exemples des figures 1 à 9, la section de l'obstacle, au niveau de sa face avant 32, mesure entre 20 % et 80 %, en particulier entre 30% et 70%, de la section de passage du tube 10 située juste en amont de la face avant 32. Dans le cas particulier d'un tube cylindrique de révolution, la section de l'obstacle, au niveau de sa face avant 32, mesure donc entre 20 % et 80 % de la section circulaire intérieure du tube.

Dans certains modes de réalisation, la face avant 32 de l'obstacle 30 est sensiblement perpendiculaire à la paroi 12 du tube (dans les exemples des dessins, la face avant32 de l'obstacle 30 est perpendiculaire à la paroi 12). En particulier, la face avant peut former avec la paroi 12 un angle compris entre 60° et 120°, en particulier entre 70° et 110°. Un angle plus faible risque de créer une zone de rétention des impuretés au niveau du bord inférieur 35 de la face avant 32, tandis qu'un angle plus élevé risque de diminuer la taille de la région d'arrêt S1.

Plus précisément et en référence à la prise comme exemple, une région d’arrêt S1 est créée au voisinage et en amont de la face avant 32. La région d’arrêt S1 est caractérisée par une zone dite d’eau-morte tourbillonnaire isobare, délimitée, dans le plan de coupe axial, par une ligne (représentée en pointillés sur la ) reliant un point de décollement A1 de l’écoulement au point de recollement A2 de l’écoulement. Le point de décollement A1 est situé sur la paroi 12 dans l'alignement et en amont de l’obstacle 30. Le point de recollement A2 est situé vers le sommet de l’obstacle.

La prise de pression 40 doit être située dans la région d'arrêt S1, en amont de la face avant 32 de l’obstacle et en aval du point A1 de décollement. Le point de décollement A1 est défini par un coefficient de frottement moyen nul. Ce point de décollement A1 peut être obtenu sans difficulté particulière par des calculs de mécanique des fluides de type Navier Stokes à la portée de la personne du métier. La prise de pression 40 capte ainsi la pression notée Pi_S1 régnant dans la région d'arrêt S1.

Dans certains modes de réalisation, la prise de pression 40 se situe en amont de l'obstacle 30 de sorte que 0,2·H ≤ X ≤ 2·H, où X est la distance axiale entre la prise de pression 40 et la face avant 32 de l'obstacle, et H la hauteur de la face avant. En deçà de 0,2·H, la prise de pression 40 est trop proche de la face avant ce qui présente un risque d'obturation temporaire par des impuretés non encore évacuées. Au-delà de 2·H, la prise de pression 40 risque de se trouver en dehors de la région d'arrêt S1. Pour diminuer encore ces risques, la prise de pression 40 peut se situer en amont de l'obstacle 30 à une distance axiale X telle que 0,3·H ≤ X ≤ H.

Par ailleurs, dans la région d’arrêt S1, il est possible qu'un tourbillon secondaire se forme dans le coin entre la face avant 32 de l'obstacle et la paroi 12 servant à canaliser l’écoulement, c’est-à-dire au niveau du bord inférieur 35 de la face avant 32. Dans certains modes de réalisation, pour éviter la formation d'un tel tourbillon secondaire qui pourrait favoriser l’accumulation de impuretés, une cassure d'angle 49 ou un arrondi 39 judicieusement dimensionné peut être formé dans le coin au pied de l’obstacle 30, comme illustré sur les figures 13, 15 et 16.

La illustre un exemple de sonde 1 montée, via un support 93, sur le fuselage 91 d'un aéronef. Une liaison pneumatique 42 traverse le support 93 et relie la prise de pression 40 à un capteur de pression P présent à bord de l'aéronef. Un dispositif de chauffage comme une résistance chauffante 95 peut être intégré à l'obstacle 30 afin d’augmenter la température des matériaux constituant l'obstacle 30 et, ainsi, limiter encore le risque que des phases condensées de l’air humide ou givrant ne se forment ou perdurent au contact des parois de l'obstacle 30 et dans la région d’arrêt S1.

Le capteur de pression P (relié à la prise de pression 40) mesure la pression Pi_S1 dans la région d’arrêt S1 en amont de l’obstacle. Il est alors possible, en appliquant une loi de correction décrite plus loin, de remonter au nombre de Mach de l'aéronef, si l'on mesure par ailleurs la pression statique P0. La pression statique P0 peut être mesurée, par exemple, à l'aide d'une ou plusieurs autres prises de pression situées ailleurs sur le fuselage 91.

Comparativement à une sonde Pitot de l'art antérieur, la sonde 1 proposée permet d’éviter que le captage de pression soit exposé frontalement à l’écoulement et d’établir une évacuation des impuretés plus efficace. La sonde 1 peut avoir une forme générale similaire à celle d’une sonde Pitot et s’intégrer de la même manière à un aéronef ou tout autre véhicule. Elle peut donc être montée en lieu et place d'une sonde Pitot. La sonde 1 peut être montée fixe sur un véhicule car elle permet une mesure fiable de la pression d’arrêt pour une plage d’incidence ou de dérapage de + ou – 15°. La sonde 1 peut aussi être montée sur girouette. Ces caractéristiques répondent aux contraintes posées par les industriels pour rééquiper les avions existants.

La qualité et la fiabilité des mesures de pression effectuées au moyen de la sonde 1 proposée ont été évaluées lors d'essais en soufflerie.

Ces essais ont été réalisés pour plusieurs nombres de Mach dans la soufflerie transsonique "ONERA–S3Ch", qui comprend un circuit à retour pourvu d’une régulation thermique et d’une veine d’essai de section rectangulaire de 0,80 m x 0,76 m de côtés, alimentée par un moteur développant jusqu’à 3,5 MW de puissance.

La sonde 1 testée présentait une forme générale identique à celle des figures 1 à 3, à savoir celle d'un tube cylindrique de révolution creux, de longueur L = 120mm, et de diamètre intérieur d = 18mm. L'obstacle 30 avait la forme d'une plaque rectangulaire de hauteur H = 10mm, de largeur W = 12mm et d'épaisseur E = 1mm. Pour réaliser une sonde à plus petite échelle, il est possible, par exemple, de procéder à une homothétie dans toutes les directions spatiales de la sonde testée.

La montre les mesures de pression relevées pendant une séquence d’essai, réalisée pour une plage de Mach 0,3 à 0,9. Sur cette figure, sont données la pression statique P0 mesurée en soufflerie, la pression génératrice Pi0 mesurée en soufflerie et la pression Pi_S1 mesurée dans la région d’arrêt S1 de la sonde. D'autres séquences d’essai ont permis de constater la bonne répétitivité de la mesure de la pression Pi_S1 dans la région d’arrêt S1.

La montre une comparaison entre le nombre de Mach M0 mesuré dans la veine de la soufflerie et le nombre de Mach Mc calculé à partir de la pression Pi_S1 mesurée

L’écart entre les deux nombres de Mach M0 et Mc est lié à l’écart entre les deux mesures de la pression d’arrêt, celle mesurée dans la soufflerie notée Pi0 et celle mesurée par la sonde notée Pi_S1. L’écart entre les mesures de Pi0 et Pi_S1 est toutefois relativement faible. Cet écart est quasiment linéaire. La droite des moindres carrés donne un coefficient de corrélation multiple R²de 0,9996. L’écart entre les nombres de Mach M0 et Mc est également quasiment linéaire. La droite des moindres carrés donne un coefficient de corrélation multiple R²de 0,9999. Ces écarts ne sont donc pas importants en eux-mêmes puisque, du fait de leur évolution monotone et quasi linéaire, ils peuvent être corrigés facilement par des lois de correction. Ainsi, dans certains modes de réalisation, une loi de correction linéaire est utilisée pour la mesure de pression Pi_S1 ou pour la pression dynamique Q0_S1 issue de la mesure de pression Pi_S1. On aboutit ainsi à la détermination d’une pression dynamique rectifiée, Q0_R.

Les étapes pour appliquer cette correction sont les suivantes :

(Etape 1) Calculer le nombre de Mach Mc avec la pression statique P0 mesurée en soufflerie, et la pression d'arrêt Pi_S1 mesurée par la sonde (qui est considérée comme une mesure approchée de la pression d’arrêt) en utilisant la relation suivante.

(Etape 2) Calculer la pression dynamique Q0_S1 avec Mc en utilisant la relation suivante.

(Etape 3) Appliquer une loi de correction pour calculer une pression dynamique rectifiée Q0_R. Une telle loi de correction est établie au préalable, à l'issue de tests de calibration réalisés en soufflerie. La loi de correction est, par exemple, de forme linéaire avec des paramètres a et b, de sorte que :

(Etape 4) Calculer le nombre de Mach rectifié McR à partir de Q0_R en utilisant la relation suivante.

En appliquant ces étapes, une valeur du nombre de Mach d’écoulement rectifié McR à 0,002 près du nombre de Mach réel M0 a été obtenue. Ceci est illustré sur la qui montre l’efficacité de la correction proposée. Un tel résultat répond parfaitement aux exigences de précision actuelles pour la mesure du nombre de Mach, en particulier dans le domaine de l'aéronautique.

Les modes de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans le cadre de l'invention.

En particulier, une personne du métier pourra facilement envisager des variantes ne comprenant qu'une partie des caractéristiques des modes de réalisation précédemment décrits, si ces caractéristiques à elles seules suffisent pour procurer un des avantages de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques de ces modes de réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode de réalisation.

Claims

Sonde de captage de pression comprenant :
une paroi (12) définissant un tube (10) à l'intérieur duquel un fluide peut pénétrer; et
une prise de pression (40) traversant la paroi (12), à partir de laquelle la pression est mesurée ;
dans laquelle le tube (10) est ouvert à ses deux extrémités (10A, 10B) de manière à canaliser l'écoulement du fluide le long du tube (10),
dans laquelle la sonde (1) comprend un obstacle (30) ayant une face avant (32) qui fait face à l'écoulement canalisé du fluide et s'oppose à cet écoulement, l'obstacle (30) formant une saillie sur la paroi (12) et étant dimensionné de manière à créer une région d'arrêt (S1) du fluide en amont et au pied de la face avant (32), tout en laissant le fluide s'écouler autour de l'obstacle (30), entre l'obstacle (30) et la paroi (12),
dans laquelle la prise de pression (40) se situe dans l'alignement et en amont de l'obstacle (30), dans la région d'arrêt (S1).
Sonde selon la revendication 1, dans laquelle la face avant (32) de l'obstacle est délimitée en hauteur par un bord supérieur (31) et un bord inférieur (35), et en largeur par des bords latéraux (33), dans laquelle le bord inférieur (35) est relié à la paroi (12), et dans laquelle le bord supérieur (31) et les bords latéraux (33) sont libres, de sorte que le fluide peut s'écouler au-dessus de l'obstacle (30), entre le bord supérieur (31) et la paroi (12), et sur les côtés de l'obstacle (30), entre les bords latéraux (33) et la paroi (12).
Sonde selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le tube (10) délimite une section de passage minimum et une section de passage maximum pour le fluide, la section de passage minimum se situant au niveau de l'obstacle (30) et étant au moins égale à 20% de la section de passage maximum.
Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la face avant (32) de l'obstacle (30) est sensiblement perpendiculaire à la paroi (12).
Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'obstacle (30) se situe à l'intérieur ou à la sortie du tube (10) et dans laquelle la section de l'obstacle, au niveau de sa face avant (32), mesure entre 20 % et 80 %, en particulier entre 30% et 70%, de la section de passage du tube située juste en amont de la face avant (32).
Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'extrémité aval (10B) du tube est délimitée par un plan de sortie (PS) du tube, dans laquelle une portion de la paroi (12) se prolonge en aval du plan de sortie (PS), dans laquelle l'obstacle (30) est relié à la portion de paroi, et dans laquelle la face avant (32) est située en aval du plan de sortie (PS).
Sonde selon la revendication 6, dans laquelle la face avant (32) est située en aval du plan de sortie (PS) de sorte que XF < 0,5·dS, où XF est la distance axiale entre la face avant (32) et le plan de sortie (PS) et dS la plus grande dimension de la section du tube (10) dans le plan de sortie (PS).
Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la prise de pression (40) se situe en amont de l'obstacle (30) de sorte que 0,2·H ≤ XP ≤ 2·H, où XP est la distance axiale entre la prise de pression (40) et la face avant (32) de l'obstacle, et H la hauteur de la face avant (32).
Système de mesure de pression comprenant une sonde (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, et un capteur de pression (P) relié pneumatiquement à la prise de pression (40).