Banc de dynalpie (BD2)

Suite aux essais préliminaires effectués au DMAE sur le banc aérothermique, la mesure BOS2D est mise en place au banc de dynalpie du DSMA. Ce banc permet l’étude de maquettes de tuyères d’arrière-corps de réacteurs bi-flux et permet d’évaluer leurs performances en mesurant la poussée et les débits. La campagne de faisabilité a pour but de démontrer l’intérêt de cette technique de mesure au BD2. La tuyère utilisée est une tuyère bi-flux de recherche ne fonctionnant qu’avec un écoulement froid et dans une plage donnée. La nécessité de travailler dans des conditions froides induit des rafales courtes (entre 300 et 1200 secondes suivant les cas).

Les figures 4.15 et 4.16 illustrent la mise en place de l’expérience BOS2D sur le banc BD2. Le banc expérimental se décompose en 3 entités.

1. Le système d’acquisition, 2. le fond,

3. le système d’éclairage.

4.2.2.1 Système d’acquisition

Le système d’acquisition se compose :

– de quatre caméras supportées par un châssis rigide, isolé des vibrations du sol par des semelles caoutchouc. Elles sont disposées en ligne ce qui permet d’augmenter le champ observé dans le sens de l’axe du jet. La distance plan CCD/axe du jet est de 3m.

– Les acquisitions sont réalisées via le logiciel d’acquisition BOSGRABBER déve-loppé par le DMAE.

– Un commutateur gigabit permet la capture synchronisée des images et le transfert rapide vers le PC d’acquisition.

Figure 4.15 – Banc BD2. Caméras et dispositif d’éclairage. On voit les quatre caméras

po-sitionnées en ligne pour permettre la visualisation du développement du jet ainsi que les trois guides de lumière utilisés pour l’éclairage du fond.

4.2.2.2 Fond

Un fond de grande dimension (3 mètres x 2 mètres) imprimé sur un film autocollant, marouflé sur une plaque rigide en aluminium et protégé par un pelliculage est installé et permet de couvrir l’ensemble du champ visé (zone de développement du jet). Ce fond se base sur le motif semi-aléatoire décrit dans la section 4.1.3.

4.2.2.3 Stratégie d’éclairage

Suite aux essais sur le banc aérothermique, un dispositif amélioré est mis en place au BD2. La source de lumière permettant une illumination correcte du fond est installée sous le jet et protégée des vibrations acoustiques par de la mousse de mélamine.

– Cette source est toujours constituée d’un laser YAG impulsionnel double cavité générant ainsi des illuminations brèves (8 ns par flash) et très intenses (cadence maxi 10 Hz).

– Un montage optique particulier a été conçu afin de diviser le faisceau laser en plusieurs sous-faisceaux de lumière. Ceci permet de diminuer la puissance à l’entrée des guides de lumières (l’un d’eux a quand même été dégradé) et de multiplier les points d’éclairages capables d’éclairer une grande surface comme on le voit sur la figure 4.17. Ce montage comporte trois guides de lumière liquides (rendement optique proche de 80% mais sensibilité potentielle aux conditions de froid) couplés à des optiques divergentes. L’addition des effets apportés par l’utilisation de ces guides et par le chevauchement des trois taches lumineuses produites permet de réduire une partie des effets de speckle sans néanmoins s’en affranchir complètement.

Figure 4.17 – Diviseur de faisceaux utilisé pour l’éclairage BOS au BD2

4.2.2.4 Objectifs et résultats de la campagne

La campagne d’essais avait pour but d’évaluer les possibilités de la mesure BOS2D dans le cadre du BD2 et en particulier d’étudier :

– les limitations de la méthode pour des conditions à pression génératrice basse (i.e. avec faible effet de la compressibilité),

– les capacités de la méthode à capturer les effets de compressibilité importants, – la capacité de la méthode à fournir des informations exploitables sur la topologie

de l’écoulement (effets de compressibilité, multi-flux) et sur la trajectoire du jet.

Pour ce faire, différentes conditions génératrices ont été testées et sont résumées dans la table 4.6.

Conditions Taux Détente Primaire Taux Détente Secondaire 1 1.4 2.1 2 2.2 3 1.9 2.6 4 1.4 1.9 5 1.33 1.6 6 1.86 7 1.18 1.4

Table 4.6 – Conditions d’essai

Les déplacements moyens associés à un taux de détente important (cas 3) sont présentés dans la figure 4.18.

(a) Champ de déplacements horizontaux (b) Champ de déplacements verticaux

Figure 4.18 – Calcul des déplacements pour les conditions d’essais 3

Dans ce cas fortement détendu, le champ de déplacements horizontaux U (direction axiale) montre clairement la zone fortement compressible qui se développe au niveau de l’éjection. Suivant V, on peut observer la frontière marquée entre l’écoulement pri-maire et secondaire. La présence des zones de compression/détente est également visible.

La figure 4.19 illustre les résultats obtenus pour un cas défavorable ayant des taux de détente particulièrement faibles (cas 7). Notons dans un premier temps que les déplacements mesurés sont très faibles et la représentation globale des champs de déplacements issus des trois caméras laisse clairement apparaître des discontinui-tés. Celles-ci sont dues à l’emploi d’objectifs différents selon les caméras qui modifie l’échelle, en pixels, des déplacements mesurés. Pour obtenir une représentation continue il faut revenir au champ de déviations (i.e. le calcul des angles de déviation _x et _y, seules données physiques mesurées avec la méthode BOS2D) à partir des champs de déplacement, des données géométriques du banc et des optiques utilisées (figure 4.19b). Il est intéressant d’observer sur cette figure que malgré des conditions d’écoulement très faibles les champs moyennés sont toujours marqués par des détails révélant la présence du jet, en particulier au niveau de la première caméra centrée sur la zone d’éjection. Ainsi la zone de confluence primaire - secondaire est clairement observable même dans le cas le plus défavorable.

Notons que la forme du plug induit un écoulement clairement non axisymétrique. Cela ne permet pas la reconstruction 3D à partir d’un seul point de vue, que ce soit via la multiplication des points de vue de manière synthétique ou via une reconstruction

(a) Champ de déplacements verticaux en pixel (b) Champ de déviations en radians

Figure 4.19 – Calcul des déplacements pour les conditions d’essais 7

basée sur la transformée d’Abel.

Au final, ces essais ont permis de mettre en avant l’intérêt de cette méthode sur le banc BD2. Elle est à la fois facile à mettre en œuvre et robuste aux conditions d’essais difficiles. Elle offre des résultats complémentaires pour la compréhension et la visualisation des jets d’arrière-corps de réacteurs.