L'invention concerne un dispositif de caractérisation de la nature d'un flux aérodynamique le long d'une paroi et une boucle de contrôle d'un profil de la paroi.

L'invention trouve une utilité particulière pour la caractérisation du flux aérodynamique en surface d'une cellule d'aéronef, en particulier les ailes d'un avion. La connaissance des zones où l'écoulement est laminaire, puis turbulent, des zones de transition vers un décollement des filets d'air, et d'autres caractéristiques comme les ondes de choc sont des paramètres importants pour le pilotage de l'aéronef. Un dispositif de caractérisation selon l'invention est avantageusement intégré dans une boucle de contrôle de ces phénomènes, avec des actionneurs permettant de modifier le profil de la paroi. Les actionneurs sont disposés de manière à agir sur les caractéristiques mesurées par le dispositif de caractérisation, de manière à optimiser les caractéristiques de l'aéronef. Dans ce cas, l'ensemble de la boucle de contrôle et de commande des actionneurs permettra de contrôler certains phénomènes aérodynamiques ou aéroélastiques dans le sens d'une protection de l'aéronef, d'une moindre fatigue structurelle, et d'une économie de carburant. Typiquement, cette boucle de contrôle est elle-même intégrée dans une boucle plus large intégrant des mesures de mouvements inertielles.

Certains phénomènes méritent d'être essentiellement identifiés par leur répartition spatiale tel que la nature de l'écoulement, par exemple laminaire sur une partie de l'aile et turbulent sur une autre partie. L'action sur les actionneurs permet alors de rendre l'écoulement le plus laminaire possible, ce qui réduit la trainée. Un dispositif de caractérisation permet de détecter un décollement de couche limite, et donc d'actionner des dispositifs pour contrer ce décollement. Un dispositif de caractérisation permet également d'identifier et de localiser les phénomènes d'onde de choc de recompression à la transition supersonique-subsonique. D'autres phénomènes peuvent être essentiellement identifiés par leurs caractéristiques dynamiques en un point donné tel que des oscillations de pression aérodynamique bien connue dans la littérature anglo-saxonne sont le nom de « buffeting » ou des phénomènes de couplage vibratoire entre les forces aérodynamiques et les forces mécaniques élastiques exercées sur une paroi non infiniment rigide. Ces phénomènes de couplage sont repérés au moyen d'un dispositif de caractérisation utilisé en combinaison avec des capteurs de charge mécanique, typiquement inertiels ou à jauge de déformation. Ces phénomènes de couplage sont bien connus dans la littérature anglo-saxonne sont le nom de « flutter ». Ces phénomènes dynamiques sont inconfortables et quelquefois dangereux, risquant de diverger jusqu'à briser la structure de l'aéronef.

L'invention trouve une autre utilité pour la caractérisation du flux aérodynamique le long d'une voile de bateau permettant de le propulser. Les voiles sont taillées pour présenter un profil creux. Il est connu de régler le profil des voiles notamment en modifiant le creux en agissant sur la tension de drisses permettant d'étarquer les voiles. Par ailleurs, la nature de l'écoulement de l'air le long des voiles peut être visualisé au moyen de penons disposés sur la voile aussi bien sur l'intrados que sur l'extrados. Il s'agit de brins, par exemple de laine, destinés à suivre l'écoulement. En écoulement laminaire, ces brins restent collés à la voile et en écoulement turbulent ces brins ondulent. L'équipage du bateau surveille ces penons et règle le profil des voiles pour obtenir un écoulement le plus laminaire possible afin de limiter la trainée. La fonction des penons est la même, de manière simplifiée, que celle de l'invention : connaître la nature de l'écoulement en des lieux d'intérêt, de manière à agir sur cet écoulement.

Dans le domaine de la voile sportive, ce type de réglage est resté manuel en ce que l'homme regarde les penons et corrige à un rythme limité par rapport aux variations aérologiques locales liées aux rafales et aux vagues par exemple.

En aéronautique, des capteurs de cisaillement bien connus dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de « shear-stress sensors » ont été utilisés pour mesurer la vitesse d'un flux aérodynamique le long d'une paroi. Ces capteurs utilisent par exemple le transfert thermique entre un élément chauffant situé sur la paroi et le flux aérodynamique. On asservit la température de cet élément chauffant et la puissance dissipée par l'élément chauffant pour obtenir la température de consigne est représentative de la vitesse de l'écoulement du flux aérodynamique le long de la paroi. En effet, plus la vitesse du flux aérodynamique est importante, plus la paroi est refroidie par le flux aérodynamique et donc plus la puissance de chauffage nécessaire pour atteindre la température de consigne est importante.

L'élément chauffant doit être le mieux possible découplé thermiquement du matériau de la paroi elle même, pour préserver la bande passante de la mesure. Pour qu'il y ait transfert d'énergie calorifique, l'élément est chauffé à une température généralement régulée à une valeur stable supérieure à celle du flux aérodynamique. La puissance de chauffe est généralement fournie par effet joule. La régulation de température est généralement assurée par une mesure de la température, soit par un élément thermosensible séparé de l'élément chauffant, soit par la résistance de l'élément chauffant lui même, qui varie en fonction de la température. Un dispositif de régulation agit soit sur la tension d'alimentation de l'élément chauffant, soit sur le rapport cyclique d'une modulation à tension fixe. Ainsi, la puissance thermique transférée du flux aérodynamique vers l'élément est directement proportionnelle à la puissance électrique fournie à l'élément chauffant. Le découplage thermique de l'élément chauffant par rapport à la paroi est important pour que le refroidissement de l'élément chauffant se fasse de façon prépondérante par le flux aérodynamique et à moindre mesure par la paroi elle-même. On retrouve ce principe dans des capteurs à fil chaud, dans les capteurs à film chaud et dans des capteurs réalisés à partir d'une structure micro usinée à diaphragme chaud.

Ce type de nœud est incompatible avec une utilisation sur des avions commerciaux en exploitation. En effet, les dispositifs à fil chaud sont très insuffisamment robustes pour être disposés sur une aile en série. De plus ils sont très sensibles aux dépôts particulaires, en particulier l'eau. Enfin, leur intégration dans la peau d'une aile d'avion en préservant la simplicité industrielle de fabrication n'est pas résolue. Les dispositifs à films chaud présentent les mêmes inconvénients de robustesse. De plus, la présence de signaux électriques à l'extérieur de l'avion pose le problème non résolu de la susceptibilité électrique et radio- électrique, notamment vis-à-vis de la foudre.

Les dispositifs micro usinés à diaphragme chaud n'imposent aucune protubérance. Néanmoins, la susceptibilité radio-électrique et le coût d'intégration de multiples capteurs dans la peau de l'avion ne sont pas résolus.

Pour les applications de caractérisation de couche limite, on citera pour mémoire l'existence de détecteurs de transition laminaire par caméra infrarouge, qui ne sont utilisables que dans le cadre d'essais en vol. En effet, le chauffage est assuré par le soleil ou par une puissante source répartie dans la peau. Ces détecteurs ne sont pas non plus suffisamment robustes pour une utilisation en série. Par ailleurs, ces détecteurs ont un découplage insuffisant avec les variations de température environnementales. Tous ces dispositifs mesurent directement et indistinctement la variation puissance thermique transmise, qu'elle soit liée à une variation de flux aérodynamique, ou à une variation de la température de ce flux aérodynamique, ou même directement de l'élément sensible par le rayonnement solaire par exemple, ou par rayonnement électromagnétique ambiant.

Il existe également des capteurs de cisaillement qui ne reposent pas sur des variations de transfert thermique, mais sur des variations de pression. On retrouve ce principe dans les capteurs de pression traditionnels, avec communication avec l'extérieur par un trou dans la peau de l'avion, et les capteurs de pression de surface répartis, généralement piézo-électriques, sous la forme d'un film contenant une multitude de capteurs.

Les capteurs de pression traditionnels présentent l'inconvénient majeur de nécessiter un trou de communication avec l'extérieur. Ce trou est sujet et obstruction et donc, l'application en exploitation est compromise. La complexité d'intégration d'un grand nombre de capteurs de pression sous la peau de l'avion est également un inconvénient majeur.

Les réseaux de capteurs de pression répartis en surface ont les mêmes inconvénients que les films chauds. Tous ces dispositifs mesurent directement et indistinctement toutes les variations de pression, qu'elles soient liées à une variation due aux caractéristiques intrinsèques locales du flux dans la couche limite, à proximité immédiate de la paroi, ou à un bruit acoustique de provenance plus lointaine, ou même directement transmis par la structure d'accueil des capteurs, c'est à dire la paroi. Tous ces dispositifs présentent donc l'inconvénient d'un découplage insuffisant avec les variations de pression environnementales.

Ces dispositifs de caractérisation permettent au moyen de mesure locale de vitesse moyenne du flux aérodynamique circulant le long de la paroi de caractériser le type d'écoulement mais ne tiennent pas compte des phénomènes dynamiques évoqués plus haut.

Il existe aussi de nombreux capteurs de mesure de vitesse ou de débit d'un fluide circulant dans une canalisation ou le long d'une paroi. On retrouve des capteurs mettant en œuvre des principes décrits plus haut comme des capteurs à film chaud et les capteurs micro usinés à diaphragme chaud.

Il existe également des capteurs à fibre optique de type réseau de Bragg, bien connus dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de « Fiber Bragg Grating». On connaît ce dernier type de nœud depuis 1978 ; on en trouvera le principe et les modes de réalisations dans la publication suivante : HiII, K.O. (1978). "Photosensitivity in optical fiber waveguides: application to reflection fiber fabrication". Appl. Phys. Lett. 32, 647. De tels capteurs de vitesse ou de débit optiques ont également été décrits et utilisés pour mesurer la vitesse du flux aérodynamique, sa température, ou le débit d'une canalisation par exemple. On trouvera de telles descriptions, à titre d'exemple, dans les documents : GB 2 389 902, DE 10 2006 04261 , US 6,431 ,010, WO 2004/094961 , JP 2005/172713. Les capteurs de mesure de vitesse ou de débit, de principe optique ne réalisent pas de caractérisation de nature de flux. De façon plus générale, ils ne s'intéressent qu'à la vitesse moyenne ou au débit moyen et ne permettraient pas d'identifier des phénomènes dynamiques.

L'invention vise à pallier les défauts des dispositifs décrits précédemment en proposant un dispositif de caractérisation complet de la nature d'un écoulement aérodynamique, c'est à dire non seulement permettant la localisation des lieux où l'écoulement est laminaire, turbulent, et les zones de transition mais aussi permettant l'identification de phénomènes dynamiques au voisinage de la paroi. L'invention vise également à découpler suffisamment la mesure de l'environnement thermique, mécanique, acoustique, électromagnétique et lumineux, à faciliter la fabrication du dispositif de caractérisation et son intégration dans une paroi d'accueil. L'invention vise enfin à rendre le dispositif de caractérisation robuste à l'environnement choisi et obtenir un coût de maintenance minimal.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de caractérisation de la nature d'un flux aérodynamique le long d'une paroi, caractérisé en ce qu'il comprend : • une pluralité de nœuds optiques sensibles à la température et répartis le long d'une fibre optique, chaque nœud comprenant un élément chauffant la paroi et un élément sensible à la température de la paroi,

• un générateur alimentant l'élément chauffant de chacun des nœuds,

• et des moyens de traitements permettant : o de déterminer pour chaque nœud des variations de vitesse du flux aérodynamique en fonction de la puissance émise par le générateur pour alimenter l'élément chauffant et d'une température mesurée par l'élément sensible, o de différencier des caractéristiques temporelles et spatiales des variations de vitesse du flux au niveau des différents nœuds et o de comparer les caractéristiques temporelles et spatiales à des modèles prédéfinis.

On tire profit, de la sensibilité à la température et aux variations de température de la classe de capteurs à fibre optique. On tire également profit de la capacité de cette technologie à disposer plusieurs zones capteurs délimitées le long d'une même fibre.

Le dispositif qui mesure un transfert de chaleur, et non simplement une température, permet un découplage par rapport à l'environnement thermique de chaque nœud ; le dispositif étant optimisé pour la mesure thermique. Le dispositif ne comporte pas d'amplificateur d'allongement comme les capteurs optiques de pression. Il est très peu sensible à la pression et aux vibrations de pression. Le dispositif étant complètement optique, il n'a aucune sensibilité électromagnétique aux fréquences radio. Le dispositif utilisant le principe laser, il n'est pas sensible à l'environnement optique.

Par rapport aux capteurs optiques, l'invention se caractérise par ses moyens permettant la mesure des variations rapides de la température, qui représentent des variations rapides du flux thermique entre la paroi et le flux aérodynamique en mouvement, qui représentent enfin les variations rapides de vitesse du flux aérodynamique à l'extrême proximité de la paroi, c'est à dire à la base de la couche limite, et par le procédé de traitement de l'information de variations rapides, de manière à délivrer une information de nature de l'écoulement et la localisation le cas échéant des transitions entre les différents modes d'écoulement. En effet, les capteurs optiques connus ne sont pas destinés à cet objet, du fait d'une bande passante et d'un traitement du signal inadéquat.

Dans le domaine de la voile sportive, il est possible de disposer la fibre optique le long de laquelle les nœuds sont positionnés sur certains éléments semi rigides des voiles tels que des lattes habituellement utilisées pour rigidifier les voiles.

L'invention a également pour objet une boucle de contrôle d'un profil de la paroi, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de caractérisation de la nature d'un flux aérodynamique le long d'une paroi selon l'invention et au moins un actionneur permettant de modifier le profil de la paroi en fonction des caractéristiques temporelles et spatiales des variations de vitesse du flux au niveau des différents nœuds de façon à modifier ces variations.

Avantageusement, pour chaque nœud, l'élément chauffant comprend une fibre optique conduisant un rayonnement lumineux vers la paroi pour la chauffer et l'élément sensible comprend une fibre optique qui intègre un réseau de Bragg pouvant altérer un rayonnement conduit par la fibre optique de l'élément sensible, l'altération étant fonction de la température de la paroi.

Le fait de mettre en œuvre des fibres optiques, aussi bien pour le chauffage du nœud que pour la mesure de température permet de s'affranchir de toute information électrique et ainsi d'améliorer la robustesse du nœud vis-à-vis de l'environnement électromagnétique. Le système peut aussi être caractérisé en ce qu'une seule fibre optique conduit le flux lumineux permettant de chauffer les parois des différents nœuds et en ce que la fibre optique commune aux différents éléments chauffants est courbée au niveau de chaque capteur, la courbure permettant de diffuser une partie du flux lumineux vers chaque nœud. Le système de chauffe peut également être réalisé par dopage de la fibre localisé à l'endroit où l'on veut dissiper de la chaleur, de manière à absorber un rayonnement infrarouge émis à une extrémité, de manière connue.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : la figure 1 représente schématiquement un dispositif de caractérisation selon l'invention, le dispositif comprenant plusieurs nœuds optiques répartis le long d'une fibre optique ; la figure 2 représente schématiquement un exemple de nœud optique selon l'invention ; la figure 3 représente un exemple d'élément sensible appartenant à un nœud optique selon l'invention ; la figure 4 représente un système comprenant plusieurs nœuds. la figure 5 représente sous forme de chronogramme un exemple de modulation de puissance alimentant un élément chauffant du nœud ainsi que des exemples de mesures de températures relevées par l'élément sensible du nœud ; la figure 6 représente en coupe dans un plan vertical une aile d'avion comprenant des actionneurs permettant de modifier le profil de la paroi de l'aile ; la figure 7 représente en perspective une aile d'avion comprenant plusieurs actionneurs fluidiques. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.

L'invention est décrite en rapport à un dispositif embarqué à bord d'un aéronef mais il est bien entendu qu'elle peut être mise en œuvre dans d'autres applications telles des voiles de bateau par exemple. La figure 1 représente un dispositif de caractérisation 1 disposé sur l'extrados 2 d'une aile 3 d'un avion. Il est bien entendu possible de mettre en place le dispositif de caractérisation 1 sur l'intrados 4 de l'aile 3, ou en un autre endroit d'intérêt, tel que qu'une zone de jonction fuselage surface portante, ou bien autour d'une nacelle moteur, ou l'empennage lui-même. Le dispositif 1 comprend une fibre optique 5 le long de laquelle sont disposés des nœuds optiques 6. La fibre optique est placée sur l'extrados 2 formant une paroi le long de laquelle on cherche à caractériser le flux aérodynamique qui y circule. La fibre optique 5 est placée sur la paroi 2 sensiblement selon un cheminement prévu d'un filet d'air 7 du flux aérodynamique.

Ce mode de réalisation est bien adapté à une paroi réalisée en matériau composite. La fibre optique 5 est noyée dans la paroi 2 et les nœuds optiques 6 affleurent à la surface de la paroi 2.

Le dispositif comprend également un calculateur 8 permettant de réaliser la caractérisation en fonction d'informations reçues par chacun des nœuds optiques 6. Le calculateur est par exemple disposé à l'intérieur du fuselage de l'avion. Le calculateur 8 détermine des variations de vitesse du flux aérodynamique localement au niveau de chaque nœud optique 6.

Les variations de vitesse sont comparées à des seuils prédéfinis permettant de caractériser l'écoulement. Les seuils sont par exemple définis en soufflerie puis affinés lors d'essais en vol.

Par exemple, pour définir une première zone où le flux aérodynamique est laminaire et une seconde zone où le flux aérodynamique est turbulent, les moyens de traitement 8 comparent les vitesses du flux mesurés par les différents nœuds 6, de manière à différencier l'amplitude moyenne et l'amplitude des variations de vitesse, que l'on peut nommer bruit sur la vitesse, de flux d'un premier groupe N1 de nœuds 6 avec un second groupe N2 de nœuds 6 par rapport à des seuils de différence prédéterminés d'amplitude moyenne et de variation de vitesse. Les moyens de traitement 8 déterminent ensuite une zone de transition située entre les deux groupes N1 et N2. On a constaté que la zone de transition entre les deux régimes, laminaire et turbulent, est particulièrement perturbée et produit des variations de vitesses plus importantes que dans les zones où les régimes sont établis en gradient laminaire. Le fait de déterminer les variations de vitesse, ou bruit sur les vitesses, et pas seulement les vitesses moyennes permet de bien identifier lesdites zones laminaire et turbulente et la zone de transition.

Avantageusement, les moyens de traitement 8 comparent les vitesses du flux mesurés par les différents nœuds 6, dans un spectre allant du continu jusqu'à une fréquence donnée, à des signaux de spectre connu. Le spectre de comparaison peut par exemple s'étendre jusqu'à une fréquence de l'ordre de 1 à 10 kHz. La bande de fréquence dépend en pratique du nombre de Reynolds et d'autres paramètres propres à chaque application, de quelques Hertz à plusieurs kiloHertz. Cette analyse fréquentielle permet d'identifier facilement des signaux caractéristiques d'écoulements laminaires, turbulents, décollés et de zone de transition entre des écoulements laminaire, turbulent, et décollés. Les signaux de spectre connus sont définis par des essais en vol.

L'analyse fréquentielle peut également permettre d'identifier des signaux caractéristiques de phénomènes d'onde de choc de recompression à la transition supersonique-subsonique et/ou des signaux caractéristiques de phénomènes de buffeting et de flutter.

La figure 2 représente un corps massif 10 le long duquel circule le flux aérodynamique. Le sens de circulation du flux aérodynamique le long du corps 10 est représenté par une flèche 1 1 formant la direction du filet d'air 7.

A l'intérieur du corps 10, on a disposé un nœud 6 permettant de mesurer la vitesse du flux aérodynamique le long du corps 10.

Le principe de mesure de vitesse est celui d'un capteur thermique de cisaillement comme évoqué plus haut. Le nœud 6 comprend un élément chauffant 13 permettant de chauffer la paroi 2 du corps 10. Le flux aérodynamique tend à refroidir la paroi 2 par convection. Le nœud 6 comprend également un élément sensible 15 à la température de la paroi 2.

Plus la vitesse du flux aérodynamique est importante, plus la convection est forte et plus la température de la paroi 2, mesurée par l'élément sensible 15, est basse. En conséquence, l'information de température recueillie par l'élément sensible 15 est représentative de la vitesse du flux aérodynamique le long de la paroi 2.

On peut disposer plusieurs nœuds 6 sur l'extrados 2 entre le bord d'attaque et le bord de fuite afin de connaître la nature (laminaire ou turbulent) de l'écoulement le long de l'aile. En effet, un écoulement laminaire de l'air induit moins de traînée par frottement. Par ailleurs, le flux thermique dissipé par convection de l'aile vers l'air est liée à la vitesse de l'air à proximité immédiate de l'aile, c'est à dire à l'intérieur de la couche limite de l'écoulement d'air le long de la paroi 2. La convection est beaucoup plus importante en régime turbulent qu'en régime laminaire. Un tel nœud permet donc de déterminer la nature du régime du flux d'air et bien entendu le nœud 6 permet de détecter une éventuelle transition entre les deux régimes. La transition entre les régimes et les régimes eux-mêmes sont discernables non seulement par comparaison de la valeur du transfert thermique dans sa composante continue, mais également par les caractéristiques dynamiques du signal représentant la valeur instantanée du transfert thermique.

On cherche à limiter au maximum le transfert thermique entre l'élément chauffant 13 et le corps massif 10 afin de privilégier le transfert thermique vers le flux aérodynamique. A cet effet, on a réalisé dans l'élément massif 10 une cavité 16 fermée par une peau 17 formant la paroi 2 au niveau du nœud 6. La peau 17 est fine de façon limiter la capacité calorifique du corps 10 localement au niveau du nœud 6.

Dans un mode de réalisation préférentiel, la peau 17 et le corps 10 sont en fait parties d'un revêtement en matériau composite, travaillant ou pas.

Selon l'invention, l'élément chauffant 13 comprend une fibre optique 18 conduisant un flux lumineux vers la paroi 2 pour la chauffer. De plus, l'élément sensible 15 de chaque nœud 6 comprend un réseau de Bragg pouvant altérer un rayonnement conduit par la fibre optique 5, l'altération étant fonction de la température de la paroi 2. Plus précisément, Le fait d'introduire un réseau de Bragg dans la fibre optique 5 permet de réfléchir un rayonnement lumineux conduit par celle-ci à une longueur d'onde précise. Des variations de température déforment le réseau de Bragg ce qui entraine une modification de la longueur d'onde réfléchie. En mesurant la longueur d'onde réfléchie par le réseau de Bragg, on obtient une image de la température de l'élément sensible 15. Le réseau de Bragg reste transparent aux autres longueurs d'onde ce qui permet de réaliser plusieurs éléments sensibles sur une même fibre optique 5. Dans un premier mode de réalisation représenté sur la figure 2, la fibre optique 18 s'étend le long de la paroi 2, c'est-à-dire parallèlement à celle-ci, noyée dans la peau 17. La fibre optique 18 comprend une extrémité 20 située à proximité immédiate de l'élément sensible 15. L'extrémité 20 est disposée sensiblement au centre de l'élément sensible 15. Un rayonnement lumineux est conduit par la fibre optique 18 jusqu'à l'extrémité 20. Ce rayonnement lumineux véhicule une énergie thermique suffisante pour chauffer la peau 17.

Avantageusement, la paroi 2 comprend un matériau diffusant le rayonnement lumineux émis par la fibre optique 18. Ce rayonnement lumineux est par exemple infrarouge. Il peut être émis par un laser ou par une lampe. Pour diffuser ce type de rayonnement on peut par exemple réaliser la peau 17 en fibre de carbone noyées dans une résine époxy ou carbone. Dans un second mode de réalisation, la fibre optique 18, au niveau de son extrémité 20, est sensiblement perpendiculaire à la paroi 2. L'extrémité 20 est par exemple disposée dans la cavité 16 de façon à éclairer la peau 17.

Dans ces deux modes de réalisation, mais avantageusement pour le second, il est possible de concentrer l'émission de chaleur au niveau de la face extérieure de la peau 17, face en contact avec le flux aérodynamique. A cet effet, la paroi 2 comprend un matériau transparent au rayonnement lumineux émis par la fibre optique 18. Le matériau transparent est recouvert du matériau diffusant à l'interface entre la paroi 2 et le milieu dans lequel circule le flux aérodynamique.

La figure 3 représente une variante de réalisation de l'élément sensible 15 qui comprend deux réseaux de Bragg 21 et 22 encadrant une cavité résonnante 23 dont la longueur d'onde de résonnance est fonction de la température de la paroi 2. La cavité 23 est par exemple dopée à l'erbium. Les atomes qui s'y trouvent sont excités par un rayonnement de pompage optique 24. La cavité 23 émet un rayonnement laser 25 dont la longueur d'onde est fonction de la température de l'élément sensible 15 du fait de la variation de longueur optique de la cavité 23 due à la dilatation thermique des matériaux formant l'élément sensible 15. Ce type d'élément sensible a été utilisé comme nœud de pression dans un hydrophone comme décrit dans un article de David J. HiII et al « Fiber laser hydrophone array » Proc. SPIE vol. 3860, pages 55 à 66 (septembre 19599) L'élément sensible 15 est intégré dans la fibre optique 5. (Ce document a été référencé XP003013266 par l'office européen des brevets.)

La figure 4 représente le dispositif avec plusieurs nœuds. La fibre optique 5 est commune aux éléments sensibles 15 des différents nœuds 6. Un laser de pompe 30 émet un rayonnement stimulant les différents éléments sensibles 15. Le rayonnement émis par chaque élément sensible 15 est centré autour d'une longueur d'onde particulière afin de pouvoir les distinguer. Un isolateur optique 31 permet de récupérer les rayonnements émis par les différents éléments sensibles pour déterminer la température de chacun. Dans le système de la figure 3, il est également possible de mettre en œuvre une seule fibre optique 18 commune à tous les nœuds 6 pour chauffer la paroi 2. La fibre optique 18 est éclairée par une source lumineuse 32 par exemple infrarouge. La fibre optique 18 est courbée au niveau de chaque nœud 6. La courbure de la fibre optique 18 permet de diffuser une partie du flux lumineux émis par la source 32 vers chaque nœud 6. On peut bien entendu chauffer la paroi 2 au niveau de chaque nœud 6 au moyen d'une fibre optique 18 propre à chaque nœud 6. Les fibres optiques 18 et 5 sont noyées dans la peau 17 de chaque nœud 6 et plus généralement dans la paroi 2 entre chaque nœud 6. L'intégration d'une fibre de mesure 5 et de génération de chaleur

18 dans une paroi 2, en particulier dans une paroi en matériau composite, est facile à réaliser. Une fois intégrées, deux fibres, avec leurs connecteurs, assurent la fonction d'un ensemble de nombreux capteurs, de 10 à 100 typiquement, répartis le long des fibres. L'intégration est donc infiniment plus simple que celle du même nombre de capteurs électriques, qui de plus doivent bénéficier de blindages électromagnétiques.

Avantageusement, le dispositif comprend un générateur 32 alimentant l'élément chauffant 13 en fonction d'une consigne, des moyens pour moduler la consigne à une fréquence donnée et des moyens de démodulation de la température mesurée par l'élément sensible 15, la démodulation étant synchrone de la modulation.

En effet, on peut modéliser la conservation de la chaleur au niveau du nœud 6 de la façon suivante

Dans l'équation (1 ), l'élément sensible 15 est à une température T fonction du temps : T(t). L'élément sensible 15 est noyé dans la peau 17 de capacité calorifique : C. Le nœud 6 présente une conductivité thermique fonction du temps : λ(t) par rapport au flux aérodynamique dont la capacité calorifique est considérée comme infinie. L'élément chauffant 13 apporte au nœud 6 une puissance thermique fonction du temps : P(t). La température du flux aérodynamique est notée : T _ΘXt (t). En intégrant l'équation (1 ) on obtient :

Dans l'équation (2), B représente un coefficient pouvant être déterminé par les conditions aux limites.

Dans le cas où la conductivité thermique λ(t), la puissance thermique P(t) et la température extérieure T _ΘXt (t) varient très lentement ou sont constants, on obtient pour la température du nœud :

On voit que dans ce cas, la température d'équilibre τ(∞) du nœud (6) est

P

T(°°) = T _ext + - (4) La température d'équilibre τ(∞) dépend de la température du milieu extérieur T _ΘXt et de la conductivité thermique λ que l'on souhaite mesurer. Ainsi pour obtenir la conductivité thermique λ, il faut effectuer une mesure de la température du milieu extérieur.

On peut moduler la puissance apportée P(t) au nœud 6 par exemple selon une modulation sinusoïdale :

P(t) = P ₀ + P∞s(ωt) (5)

Dans cette modulation, P ₀ est une puissance moyenne définie de façon à ce que la puissance P(t) soit toujours positive, P est la demi- amplitude de la puissance P (t) et ω une pulsation de la puissance P (t). D'autres types de modulations sont bien entendu possible. On peut conserver une pulsation ω constante et choisir une forme d'onde différente de la forme sinusoïdale. On peut aussi faire varier la pulsation ω afin d'améliorer la robustesse de la mesure par rapport aux perturbations extérieures. Ce type de variation de pulsation est connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de « chirp » pour gazouillis.

Par la suite et pour simplifier la compréhension, on ne s'intéresse qu'à une modulation sinusoïdale. Le même type de raisonnement peut se faire pour d'autres modulations. La température T(t) de l'élément sensible 15 s'exprime alors :

On voit ici que la variation de température T(t) obtenue au niveau du nœud 6 ne dépend plus que de paramètres maitrisables ou caractéristiques de la configuration de mesure.

Ainsi, si on applique un filtre sur les variations de températures observées par l'élément sensible 15 afin de ne regarder qu'une certaine bande passante autour de la fréquence de modulation, la mesure devient insensible à toutes les perturbations extérieures en dehors de cette bande d'analyse augmentant par conséquent la précision de la mesure effectuée.

Avantageusement, le générateur 32 alimente l'élément chauffant

13 en modulation de largeur d'impulsion à une fréquence supérieure à la fréquence de modulation de manière à découpler les deux modulations. On peut par exemple avoir un rapport de 10 entre les deux fréquences. Ainsi, lors de la démodulation, d'éventuelles variations de température mesurées par l'élément sensible 15 à la fréquence de modulation de largeur d'impulsion disparaîtront.

La vitesse instantanée du flux aérodynamique peut être déterminée à partir de l'amplitude de la température instantanée démodulée T(t). On établit par exemple de façon empirique une correspondance entre amplitude des variations thermiques et les variations de vitesse du flux aérodynamique.

Il est également possible d'utiliser le retard de phase entre la température mesuré et les variations de la puissance de chauffe P(t) pour effectuer la mesure. Cette mesure de déphasage, présente l'intérêt d'être indépendante de l'amplitude de la modulation de la puissance de chauffe rendant la mesure encore plus robuste. Les variations de vitesse du flux aérodynamique peuvent être déterminées à partir des évolutions du déphasage de la température instantanée démodulée T(t) par rapport à la consigne modulée en puissance P(t). Dans cette variante on peut également établir une correspondance entre valeur de déphasage et vitesse du flux aérodynamique.

La figure 5 représente sous forme de chronogramme un exemple de modulation de puissance P(t) alimentant l'élément chauffant 13. La puissance moyenne P ₀ est normalisée à une valeur de 1 représentée en ordonnée sur la gauche de la figure 4. La modulation est ici sinusoïdale. Deux exemples de mesures de températures T ₁ (t) et T ₂ (t) relevées par l'élément sensible 15 sont également représentés sur la figure 4. Plus précisément, les courbes T ₁ (t) et T ₂ (t) sont représentées après démodulation. Les valeurs de températures sont exprimées en Kelvin et l'échelle de température est représentée en ordonnée sur la droite de la figure 4. La courbe T ₁ (t) est relevée pour un nœud 6 dont la conductivité thermique λ est plus faible que le nœud associé à la courbe T ₂ (t). On peut établir une correspondance entre la vitesse du flux aérodynamique le long de la paroi 2 et, soit l'amplitude de la courbe mesurée T ₁ (t) ou T ₂ (t), soit le déphasage entre une des courbes T ₁ (t) ou T ₂ (t) et la courbe représentant la modulation de puissance P(t).

Un dispositif selon l'invention est avantageusement intégré dans une boucle de contrôle d'un profil d'une paroi. La boucle comprend des actionneurs permettant de modifier le profil de la paroi en fonction des caractéristiques temporelles et spatiales des variations de vitesse du flux au niveau des différents nœuds de façon à modifier ces variations, par exemple pour réduire les zones d'écoulement turbulent ou décollé. La figure 6 représente en coupe dans un plan vertical une aile 3 d'avion comprenant des actionneurs permettant de modifier le profil de la paroi 2 de l'aile 3. Les actionneurs sont pilotés par le calculateur 8.

Sur la figure 6, une première série d'actionneurs 40 formés de micro vérins disposés à l'intérieur de l'aile 3 permettent de modifier la forme de la paroi 2. Ces micro vérins sont par exemple piézo-électriques. Sur la figure 6, plusieurs actionneurs 40 sont disposés sur l'intrados de l'aile 3.

D'autres positions sont bien entendus possibles en fonction du besoin de corriger le flux aérodynamique autour de la paroi 2.

Une seconde série d'actionneurs 41 est formée de petits volets 42 disposés le long du bord de fuite 43 de l'aile 3L Les volets 42 sont commandés en rotation autour d'un axe suivant sensiblement le bord de fuite

43.

La figure 7 représente en perspective l'aile 3 comprenant plusieurs actionneurs fluidiques. Ces actionneurs sont formés d'ouvertures par les quelles des jets d'air peuvent être émis vers l'extérieur de la paroi 2 afin de modifier le flux aérodynamique autour de la paroi 2.

Sur la figure 7 une première série d'actionneurs fluidiques 44 est disposée au voisinage du bord d'attaque 45 de l'aile 3 et une deuxième série d'actionneurs fluidiques 46 est disposée au voisinage du bord de fuite 43 de l'aile 3.