Présentation

Article

1 - MÉTHODES DE VISUALISATION

2 - INTERFÉROMÉTRIE

3 - VÉLOCIMÉTRIE LASER

4 - MÉTHODES DE MESURES EN HYPERSONIQUE

  • 4.1 - Spectrométrie d’absorption par diode laser accordable
  • 4.2 - Fluorescence par faisceau d’électrons
  • 4.3 - Fluorescence laser

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : R2160 v3

Méthodes de mesures en hypersonique
Visualisations et mesures optiques en aérodynamique

Auteur(s) : Alain BOUTIER, Henri ROYER

Date de publication : 10 mars 1998

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Cet article a pour objet la description des méthodes de visualisation optiques, méthodes qui  visent à améliorer la connaissance de la structure des écoulements aérodynamiques. La naissance et la présence de phénomènes mettant en cause un déplacement d’air ou de liquide, comme une onde de choc, un décollement de couche limite ou une transition entre régimes laminaire et turbulent deviennent ainsi observables. Ces techniques au caractère non intrusif permettent la mise en évidence et l’amplification de ces manifestations.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

Auteur(s)

  • Alain BOUTIER : Docteur-Ingénieur, - Habilité à diriger des recherches, - Ingénieur de l’École supérieure d’optique - Maître de recherches à l’ONERA (Office national d’études et de recherches aérospatiales)

  • Henri ROYER : Docteur-Ingénieur, - Ingénieur de l’École supérieure d’optique - Maître de recherches à l’ISL (Institut franco-allemand de Saint-Louis)

INTRODUCTION

L’étude des écoulements gazeux ou liquides est un domaine en plein développement qui concerne non seulement l’amélioration des performances des moyens de transport aériens ou navals, mais également tous les phénomènes mettant en cause un déplacement de gaz ou de liquide. C’est ainsi qu’aux applications traditionnelles, qui sont à l’origine de la mécanique des fluides (avion, fusée, navire, sous-marin...), se sont ajoutés, plus récemment, des sujets aussi variés que la climatisation des habitacles et des bâtiments, la consommation des automobiles, ou la génération de bruit par le vent ou par les conduites d’eau, le fonctionnement des turbines et des réacteurs, etc.

Ces domaines ont pu se développer grâce aux progrès de l’informatique et de la modélisation mathématique. Cependant, la nécessité d’une expérimentation précise reste toujours aussi actuelle, afin de vérifier puis d’affiner les prédictions fournies par ces modèles dans des situations de plus en plus complexes.

Parmi toutes les méthodes expérimentales, l’optique a toujours occupé une place de choix grâce à son caractère non intrusif : la traversée d’un écoulement par un faisceau lumineux n’entraîne pas de perturbation dans les conditions requises par la visualisation ou la mesure. C’est ce qui explique l’importance des techniques que nous allons décrire.

Avant d’entrer dans le détail, il faut encore préciser que les liquides et les gaz étudiés par voie optique sont transparents, de sorte que nous ne les voyons pas. Nous ne percevons leur présence ou leur comportement que par des manifestations indirectes naturelles (le bleu du ciel, les mirages, les « rayons » du soleil, etc.) ou artificielles. Toutes les techniques que nous allons décrire sont fondées sur la mise en évidence ou sur l’amplification de ces manifestations.

Pour percevoir un phénomène optique, à l’œil ou à l’aide d’un récepteur quelconque, il est nécessaire qu’il se manifeste par des variations de luminosité : le champ observé doit être un « objet d’amplitude ». Or, par définition, tous les milieux parfaitement transparents sont des « objets de phase », c’est-à-dire qu’ils n’agissent sur la lumière qu’en modifiant le temps de parcours des ondes qui les traversent. Le premier moyen qui s’impose alors à l’esprit consiste à transformer les variations de phase en variations d’amplitude pour les rendre perceptibles. C’est d’ailleurs le premier utilisé historiquement.

On peut, d’autre part, utiliser des particules présentes naturellement dans le fluide ou introduites artificiellement. Ce sont alors ces particules qui sont visualisées et l’on doit pouvoir admettre qu’elles suivent fidèlement l’écoulement qui les porte. Ce moyen, plus récent, permet d’accéder à d’autres paramètres et vient compléter les méthodes précédentes.

Plus récemment encore, on a vu naître des procédés faisant appel à d’autres phénomènes créés artificiellement (absorption spectrale, fluorescence, etc.) et qui supposent une mise en œuvre plus complexe. Ici aussi les résultats viennent en complément des précédents pour affiner notre compréhension du comportement des fluides.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-r2160


Cet article fait partie de l’offre

Mesures physiques

(119 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

4. Méthodes de mesures en hypersonique

Afin de s’affranchir du problème de traînage des particules, ce sont les molécules des gaz qui servent de marqueurs de l’écoulement. Ces méthodes utilisent l’effet Doppler ou bien effectuent des mesures de temps de vol.

4.1 Spectrométrie d’absorption par diode laser accordable

Une diode laser, dont la fréquence est contrôlée en ajustant la température et le courant d’alimentation, émet dans l’infrarouge aux alentours de 5 µm. La fréquence d’émission balaie rapidement et d’une manière répétitive la raie d’absorption du doublet de NO à 1924,457 cm–1 en ajoutant au courant continu d’alimentation de la diode une modulation en dents de scie de période 2 ms. La sortie de la diode est collimatée au moyen d’un miroir concave et un seul mode est sélectionné grâce à un réseau suivi d’une fente. Le faisceau monomode est séparé en deux faisceaux : l’un deux traverse l’écoulement à sonder perpendiculairement à son axe principal et l’autre le traverse sous un angle d’une soixantaine de degrés, par exemple. Chacun des deux faisceaux est ensuite focalisé sur un détecteur HgCdTe refroidi à l’azote liquide ; les signaux délivrés sont numérisés et mis en mémoire d’un ordinateur pour effectuer les traitements ultérieurs. Le décalage Doppler s’obtient à partir de la différence des positions en fréquence des centres des raies d’absorption sur les deux voies de mesure. L’information obtenue intègre tout ce qui se passe le long du trajet optique des faisceaux laser, mais seulement là où NO est présent. La précision de mesure de cette méthode est de l’ordre de quelques pour-cent [17].

HAUT DE PAGE

4.2 Fluorescence par faisceau d’électrons

Un canon à électrons qui émet des impulsions brèves, de quelques microsecondes à 30 kV, marque une ligne dans un écoulement hypersonique où la densité doit être très basse pour que le faisceau d’électrons puisse se propager (de l’ordre de 5 × 10– 4 kg · m– 3) ; sur cette ligne, les molécules d’azote sont ionisées. On mesure alors leur temps de vol jusqu’à...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Mesures physiques

(119 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Méthodes de mesures en hypersonique
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   *  -  Nous donnons ici les références d’ouvrages qui font autorité dans les domaines concernés par cet article.

  • (2) - MERZKIRCH (W.) -   Flow visualization.  -  Academic Press, New York, 1974.

  • (3) - OERTEL sen. (H.)., OERTEL jun. (H.) -   Optische Strömungsmechanik.  -  G. Braun, Karlsruhe, 1974.

  • (4) - WOLTER (H.) -   Strioscopie et contraste de phase.  -  Handbuch der Physik, t. XXIV, Springer Verlag, Heidelberg, 1956.

  • (5) - BRUHAT (G.) -   Cours d’optique,  -  Parties II et V. Masson, Paris, 1965.

  • (6) - FRANCON (M.) -   Interférences, diffraction et polarisation.  -  Handbuch der Physik, t. XXIV, Springer Verlag, Heidelberg, 1956.

  • ...

1 Principaux congrès

Ce sont ceux cités dans les références et .

HAUT DE PAGE

2 Constructeurs

Les constructeurs d’appareillages commerciaux en vélocimétrie laser et PIV sont :

Pour le vélocimètre 2 points, il s’agit de Polytec GmbH en Allemagne : http://www.polytec.com/ger/

HAUT DE PAGE

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Mesures physiques

(119 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS