CA2394239A1 - Sonde pour aeronef - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet une sonde pour aéronef, permettant de mesurer notamment la température totale de l'écoulement d'air entourant l'aéronef. L a sonde comporte une palette mobile (1) destinée à s'orienter dans l'axe (8) d'un écoulement d'air entourant la palette mobile (1) et, fixé à la palette mobile, des moyens (10, 13, 16) pour mesurer la température totale de l'écoulement d'air.
Description
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
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
2 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.
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.
3 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
- 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 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 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.
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
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 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 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.
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 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.
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.
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 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.
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.
Claims (6)
1. Sonde pour aéronef, caractérisée en ce qu'elle comporte une palette mobile (1) destinée à s'orienter dans l'axe (8) d'un écoulement d'air entourant la palette mobile (1) et, fixé à la palette mobile, des moyens (10, 13, 16) pour mesurer la température totale de l'écoulement d'air.
2. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour mesurer la température totale comportent - un premier canal (10) comprenant un orifice d'entrée (11) d'air faisant sensiblement face à l'écoulement d'air et un orifice de sortie (12) d'air;
- un second canal (13) dont l'entrée (14) d'air est située dans le premier canal (10);
- un capteur de température (16) fixé dans le second canal (13).
- un second canal (13) dont l'entrée (14) d'air est située dans le premier canal (10);
- un capteur de température (16) fixé dans le second canal (13).
3. Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que le second canal (13) est sensiblement perpendiculaire au premier canal (10).
4. Sonde selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les deux canaux (10, 13) comportent une pluralité
d'orifices (17) permettant d'évacuer vers l'extérieur de la sonde, la couche limite de l'air circulant dans les canaux (10, 13).
d'orifices (17) permettant d'évacuer vers l'extérieur de la sonde, la couche limite de l'air circulant dans les canaux (10, 13).
5. Sonde selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, fixé à la palette mobile (1) - des moyens (20) pour mesurer la pression totale de l'écoulement d'air;
- des moyens (22, 23) pour mesurer la pression statique de l'écoulement d'air;
- des moyens (24, 25) pour mesurer l'incidence de l'aéronef.
- des moyens (22, 23) pour mesurer la pression statique de l'écoulement d'air;
- des moyens (24, 25) pour mesurer l'incidence de l'aéronef.
6. Sonde selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens pour mesurer l'incidence de l'aéronef comportent deux prises de pression d'incidence (24, 25) située chacune sur une des faces de la palette mobile (1) sensiblement de façon symétrique par rapport à un plan de symétrie de la palette mobile (1), et en ce que l'orientation de la palette mobile par rapport à la direction de l'écoulement est asservie en rendant sensiblement égales les pressions relevées au niveau des deux prises de pression d'incidence (24, 25).
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| FR9915998A FR2802647B1 (fr) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | Sonde pour aeronef |
| FR99/15998 | 1999-12-17 | ||
| PCT/FR2000/003489 WO2001044821A1 (fr) | 1999-12-17 | 2000-12-12 | Sonde pour aeronef |
Publications (1)
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| CA2394239A1 true CA2394239A1 (fr) | 2001-06-21 |
Family
ID=9553425
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CA002394239A Abandoned CA2394239A1 (fr) | 1999-12-17 | 2000-12-12 | Sonde pour aeronef |
Country Status (7)
| Country | Link |
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| AU (1) | AU2855201A (fr) |
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Families Citing this family (47)
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|---|---|---|---|---|
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