SONDA DE MEDICIÓN AERODINÁMICA DE UN FLUJO DE AIRE A LO LARGO DE UNA PARED.

Sonda de medición aerodinámica de un flujo de aire a lo largo de una pared La invención se refiere a una sonda de medición aerodinámica de un flujo de aire a lo largo de una pared. La invención permite, en particular, la determinación de la incidencia de un flujo de aire con respecto a una referencia axial tangente a la pared. La invención encuentra una utilidad particular en el campo de la aeronáutica en el que el conocimiento de la incidencia del flujo de aire que rodea a una aeronave es esencial para el pilotaje de la aeronave. La incidencia con respecto a un plano horizontal es un parámetro importante para determinar la sustentación de la aeronave, por ejemplo, durante un aterrizaje. La incidencia con respecto a un plano vertical es igualmente importante, es el resbalamiento de la aeronave. Para determinar estos dos parámetros, incidencia y resbalamiento, se pueden medir localmente la orientación del flujo de aire con respecto al revestimiento de la aeronave. Se trata de la medición de incidencias locales que se realiza en unos puntos concretos de la aeronave. También se pueden medir dos componentes de la velocidad del flujo de aire en un punto del revestimiento de la aeronave para determinar la dirección del flujo de aire. Se conocen numerosos principios de sondas y se utilizan de manera habitual para las mediciones de la velocidad o de la dirección de flujo. Una primera familia de sondas utiliza un apéndice que sale del revestimiento de la aeronave. Este apéndice puede ser fijo. Puede comprender unas tomas de presión alrededor de este apéndice o unos sensores de la fuerza ejercida por el flujo de aire. Este apéndice puede ser móvil en forma de bandera que se orienta en el eje del flujo de aire. La orientación de la bandera da entonces la incidencia del flujo de aire. En la primera familia de sondas también se encuentra la utilización del efecto de remolino al realizar unas mediciones sobre unos torbellinos por debajo de un cuerpo cilíndrico, por ejemplo, la utilización de molinetes para medir una velocidad de flujo según una dirección dada, la utilización de un filamento caliente como anemómetro. Las sondas de esta primera familia son frágiles dada la presencia de un cuerpo exterior al revestimiento de la aeronave. Se deben diseñar para resistir la abrasión del flujo de aire y, en particular, de las partículas que este puede transportar. Estas perjudican al aerodinamismo de la aeronave al generar una resistencia. Durante los vuelos de gran altitud, estas sondas se deben descongelar y consumen, por lo tanto, potencia eléctrica. Las sondas móviles deben comprender unos sistemas de estanquidad entre la parte fija y las partes móviles con el mínimo rozamiento. Una segunda familia de sondas permite eliminar cualquier apéndice externo al revestimiento de la aeronave. Existen unos sistemas ópticos que se basan en láseres, pero actualmente son complejos, caros y voluminosos. Se acaban utilizando, por lo general, como sistemas de referencia. Los sistemas por ultrasonidos han sido, por lo tanto, objeto de un gran interés por parte de numerosos fabricantes. La idea de base consiste en medir los tiempos de propagación de ondas acústicas entre unos elementos emisores y unos receptores fijos los unos respecto de los otros, para identificar las velocidades de una onda sonora, en función de la velocidad del sonido y de la velocidad del fluido, de acuerdo con varias direcciones, y por último la dirección del flujo, por ejemplo la incidencia o el resbalamiento en las aplicaciones aeronáuticas. Actualmente se conocen varios tipos de dispositivos. En el documento US 4 143 548 un emisor genera una onda ultrasónica hacia dos receptores respectivamente situados por encima y por debajo. La fase relativa de las señales recibidas da una indicación acerca de la diferencia de las velocidades en cada una de las dos direcciones de propagación, hacia arriba y hacia abajo. Este dispositivo supone de manera implícita que las señales no estén perturbadas para que se pueda medir la fase entre dos señales sinusoidales. Por otra parte, este dispositivo impone unas restricciones sobre la frecuencia o la longitud de onda con respecto a la distancia entre transmisor y receptores. Por último, los receptores deben ser idénticos en términos de función de transferencia y de retardo intrínseco. Los documentos US 4 112 756, DE 3506591 y US 4 890 488 proponen unas ideas similares, con mediciones del tiempo de propagación entre unos emisores y unos receptores de acuerdo con diferentes configuraciones. El documento US 5 585 557 propone un dispositivo completamente pasivo, es decir, sin transmisor. Las turbulencias del deslizamiento se reciben y se detectan por medio de un primer receptor y se propagan hacia abajo, donde las reciben y las detectan otros receptores situados a una misma distancia, con unos retardos que dependen de las características del deslizamiento en dirección y velocidad. Los tiempos de tránsito se calculan a partir de cálculos de correlación cruzada entre las señales. Una estimación de la dirección del deslizamiento es la que viene definida por el primer receptor y el receptor situado por debajo que presenta el tiempo de tránsito más bajo. La precisión del sistema está ligada al número de sensores. El documento US 7 155 969 propone una mejora y una simplificación del anterior sistema, utilizando un menor número de sensores, y siendo capaz de funcionar a través del revestimiento del avión. Estos sensores no son necesariamente unos sensores acústicos tipo micrófono que necesitan unos pasos en el revestimiento del avión para detectar las fluctuaciones de presión, sino que también podrían ser unos acelerómetros, unos medidores de tensión u otros sensores de otro tipo montados sobre el revestimiento del avión, por ejemplo. La propagación de las 2 E09179195 15-11-2011   fluctuaciones de presión generadas por la turbulencia se puede remplazar por la propagación de una excitación mecánica del revestimiento del avión por medio de un dispositivo adecuado, un sensor activo piezoeléctrico, por ejemplo. Las mediciones de tiempos de propagación también se hacen a partir de cálculos de correlación cruzada entre las señales recibidas por los diferentes sensores. Todos estos documentos describen unos sistemas que comprenden varios sensores receptores de señales, y se utilizan unos intervalos entre las señales recibidas para llegar a los tiempos de propagación, luego a las velocidades y por último a la dirección de deslizamiento. La medición experimental del tiempo de transito entre un transmisor y un receptor resulta ser mayor que la prevista en la teoría, con un valor relativamente casi constante. En consecuencia, los métodos de mediciones de los tiempos de recorrido necesitan unos calibrados de los receptores, al presentar cada uno sus características propias de tiempo de respuesta, ancho de banda, etc. Estos calibrados de los receptores se realizan en función de las condiciones medioambientales, temperatura y presión en particular. La medición precisa de la incidencia a partir de las mediciones de tiempo de recorrido de las ondas ultrasónicas se muestra, por lo tanto, bastante compleja, debido a las características de los diferentes receptores. En el caso de los sistemas totalmente pasivos, sin ningún excitador activo, las señales acústicas que se reciben son simplemente un ruido acústico. Un mal funcionamiento de uno de los sensores receptores es de este modo difícil de detectar, excepto quizás si el sensor se encuentra en cortocircuito franco. Por otra parte, los cálculos de correlación cruzada, para poder realizarse, exigen unos muestreos y la memorización de señales de bajo nivel. Por último, todos estos sistemas suponen implícitamente que la señal del tipo ruido acústico se propaga de manera idéntica a sí misma, lo que no es más que una primera aproximación. El objeto de la invención es dar solución a estos defectos proponiendo un método más simple y más fiable para la medición del tiempo de propagación de una onda entre dos puntos dados. Para ello, la invención tiene por objeto una sonda de medición aerodinámica de un flujo de aire a lo largo de una pared, que se caracteriza porque esta comprende varios emisores que pueden emitir, cada uno, una onda sonora y un receptor sensible a las diferentes ondas sonoras. De manera ventajosa la sonda comprende unos dispositivos de medición de los tiempos de recorrido entre cada uno de los emisores y el receptor. Se ha visto con anterioridad que la medición del tiempo de recorrido entre un transmisor y un receptor estaba viciada de un error. El solicitante se ha dado cuenta de que este error estaba causado principalmente por el receptor y no por el transmisor. Al no utilizar más que un único receptor y varios emisores, el error en la medición se mantiene constante y solo... [Seguir leyendo]

1. Sonda de medición aerodinámica de un flujo de aire a lo largo de una pared, que se caracteriza porque esta comprende varios emisores (E1, E2, E3, E4) que pueden emitir, cada uno, una onda sonora y un receptor (R) sensible a las diferentes ondas sonoras. 2. Sonda según la reivindicación 1, que se caracteriza porque comprende unos dispositivos de medición de los tiempos de recorrido (T1, T2, T3, T4) entre cada uno de los emisores (E1, E2, E3, E4) y el receptor (R). 3. Sonda según una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque los emisores (E1, E2, E3, E4) se distribuyen en torno al receptor (R). 4. Sonda según una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque los emisores (E1, E2, E3, E4) se sitúan a igual distancia (d) del receptor (R). 5. Sonda según una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque esta comprende cuatro emisores (E1, E2, E3, E4) situados a un paso de 90º alrededor del receptor (R). 6. Sonda de acuerdo con las reivindicaciones 2 y 5, que se caracteriza porque esta comprende unos medios para determinar una incidencia del flujo de aire con respecto a un eje que pasa por dos de los emisores (E1, E3) a partir de una ecuación: en la que T1 a T4 representan los tiempos de transito entre cada uno de los emisores (E1, E2, E3, E4) y el receptor (R). 7. Sonda según una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque esta comprende unos dispositivos para generar una onda sonora que comprende un frente hacia cada uno de los emisores (E1, E2, E3, E4). 8. Sonda de acuerdo con las reivindicaciones 2 a 7, como reivindicación dependiente de la reivindicación 2, que se caracteriza porque esta comprende unos medios para activar de manera secuencial los emisores (E1, E2, E3, E4) de tal modo que midan sucesivamente los tiempos de transito (T1, T2, T3, T4) 9. Sonda de acuerdo con la reivindicación 8, que se caracteriza porque esta comprende unos medios para generar una onda sonora hacia cada uno de los emisores (E1, E2, E3, E4) y porque las ondas sonoras están separadas temporalmente por al menos un tiempo máximo de transito (T0) entre uno de los emisores (E1, E2, E3, E4) y el receptor (R). 10. Sonda según una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el receptor (R) es resonante. 11. Sonda según una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque esta comprende unos medios de tratamiento de una señal que recibe el receptor (R), los medios de tratamiento comprendiendo unos medios para formar una señal envolvente de la señal recibida y unos medios para generar una señal binaria de la cual un frente ascendente aparece cuando la señal envolvente supera un primer umbral y de la cual un frente descendente aparece cuando la señal envolvente pasa por debajo de un segundo umbral y porque el primer umbral es superior al segundo umbral. 12. Sonda según una de las reivindicaciones 1 a 9, que se caracteriza porque esta comprende unos medios para detectar un desfase en una señal recibida por el receptor (R) con respecto a una señal emitida por uno de los emisores (E1, E2, E3, E4). 13. Sonda de acuerdo con la reivindicación 10, que se caracteriza porque la onda sonora emitida es una onda de la cual una frecuencia está modulada y porque el dispositivo comprende unos medios para decodificar una modulación en frecuencia de la señal recibida por el receptor (R). 6 E09179195 15-11-2011   7 E09179195 15-11-2011   8 E09179195 15-11-2011