Au cours d’une série de tirs utilisant une cible ayant une perturbation initiale préformée, nous avons obtenu les images présentées dans la figure 6.8. Les résultats n’ont pas encore pu être interprétés par simulation en raison des difficultés à simuler les fortes perturbations en
4 Conclusion
Figure 6.8 – Série d’images obtenues avec une cible ayant une forme présentée dans la figure en bas à gauche. Pendant l’implosion, il semble que l’on observe la création d’un jet de plasma central avec deux tores.
jeu mais il semble qu’on obtient un jet de plasma central.
4 Conclusion
En résumé, nous avons présenté une étude qui démontre que les modes l = 1, l = 2 et l = 3 de la cible varient linéairement avec les modes du laser créés en modifiant la répartition d’énergie entre faisceaux. Ceci permet de contrôler l’amplitude des modes de la cible avec une excellente précision. Quand les modes du laser sont annulés, des modes résiduels statiques sont observés. Ceux-ci ont pu être compensés en ajustant les modes du laser, ce qui a permis de réduire la somme quadratique des modes de la cible de 2,3% à 0,8%. Ces résultats sont particulièrement importants dans le cadre de l’attaque directe où les spécifications du laser sont très difficiles à obtenir pour avoir une irradiation symétrique. Ils montrent que même si ces spécifications ne peuvent pas être obtenues, la symétrie de la cible peut être contrôlée en ajustant la répartition d’énergie entre faisceaux.
Cette thématique a eu un impact important au niveau du laboratoire car la réduction des nonuniformités basse fréquence a été identifiée comme un facteur majeur pour augmenter le taux de neutrons sur tirs cryogéniques. C’est la raison pour laquelle ces études ont fait inter-venir de nombreux instituts (notamment le Massachusetts Institute of Technology (MIT), le LANL, le LLNL et l’Impérial College). Par la suite, cette étude devra être appliquée à des tirs cryogéniques afin de voir si cela permet d’augmenter de taux de neutrons produits.
Chapitre 7
Localisation de vortex par LIDAR pour
réaliser des vols en formation
En 2018, j’ai changé de domaine de recherche en intégrant l’unité SLS du DOTA à l’ONERA. Je travaille depuis sur l’étude et le développement de LIDAR fibrés. Au cours de ces recherches, j’ai notamment travaillé sur le développement d’un LIDAR à impulsion courte (∼ 75 ns) pour la localisation, en vol, de vortex afin de réaliser des vols en formation. Ceci est relaté dans ce chapitre.
Le vol en formation est similaire à la formation en V des oiseaux qui utilisent les vortex créés par les oiseaux de tête pour améliorer leur efficacité aérodynamique et réduire les pertes dues à la traînée. Cette formation leur permet ainsi d’augmenter la distance qu’ils peuvent couvrir [95]. De nombreuses études ont été menées ces dernières années pour réaliser, avec des avions, des vols en formation similaires. Ceci est devenu plus envisageable au fur et à mesure que la technologie a permis d’avoir un système de navigation plus précis nécessaire pour maintenir la formation [96, 97]. Pour les vols commerciaux, les vols rapprochés ne sont pas possible en raison de problèmes de sécurité. En revanche les vols en formation réalisées à grande distance (10 à 40 fois l’envergure des ailes) pourraient être avantageux en raison de la persistance des larges vortex créés par les avions commerciaux. Une réduction de traînée maximale de 30% a pu être évaluée. Cependant, la taille du cœur d’un vortex est de l’ordre de quelques mètres, par conséquent, pour positionner le bout d’aile dans la région du vortex où l’air se déplace vers le haut nécessite une localisation du centre du vortex avec une précision de ±1 m à 25 m de l’avion (correspondant à la distance du bout d’aile). Cette localisation doit être effectuée en temps réel pour maintenir la formation. Dans ce chapitre, nous présentons un LIDAR conçu pour une telle mesure ainsi que les tests en situation de vol en formation avec ce LIDAR.
Pendant ces vingt dernières années, de nombreux LIDAR ont été fabriqués afin de mesurer les vortex à basse altitude [98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110]. Des
Figure 7.1 – a) Photo des avions en formation prise pendant les campagnes en vol. b) Schéma de la configuration LIDAR pendant les essais, le LIDAR mesure le champ de vitesses d’air induit par le vortex dans le plan perpendiculaire à l’axe du vortex grâce à un scanner. Le centre du vortex est déduit de ce champ de vitesse. Les axes X, Y, et Z sont indiqués sur la figure.
mesures de vortex à haute altitude ont aussi été réalisées depuis un avion [111, 112, 113] ou depuis le sol [113] en utilisant des vortex ensemencés afin d’obtenir un signal LIDAR suffisant. Ces différents LIDAR utilisent des lasers impulsionnels afin de déterminer la distance de mesure à partir du temps d’aller-retour de l’impulsion. Cependant, dans ces différents cas, le LIDAR utilise des impulsions ayant une durée allant de 250 ns à 800 ns. Or, les LIDAR comportent une zone aveugle due à la réflexion d’une petite partie du laser sur ses optiques de sortie. Cette zone aveugle fait une distance de c∆tlaser,−30 dB/2 où ∆tlaser,−30 dB correspond à la durée de l’impulsion calculée à −30 dB. On obtient une distance aveugle comprise entre 40 m et 120 m ce qui est trop important pour réaliser une localisation de vortex à 25 m. De plus, la résolution spatiale est donnée par le volume duquel provient le signal mesuré à chaque pas de temps qui correspond à c∆tlaser,FWHM où ∆tlaser,FWHM correspond à la durée à mi-hauteur de l’impulsion. On obtient donc des résolutions spatiales allant de 70 m à 240 m ce qui est important pour mesurer des structures de quelques dizaines de mètre. Le LIDAR développé présenté dans ce chapitre utilise des impulsions de 75 ns FWHM (120 ns à -30 dB) ayant une zone aveugle de ∼17,5 m et une résolution spatiale de 22,5 m adapté pour réaliser cette mesure.
Dans ce chapitre, nous allons présenter un LIDAR qui a été conçu pour localiser, depuis un avion, des tourbillons de sillage créé par un autre avion, afin de réaliser des vols en formation. Plus de détails concernant cette étude sont présentés dans l’article [R1]. Nous commencerons par présenter les caractéristiques du LIDAR ainsi que la caractérisation de l’impulsion laser et de la zone aveugle. Ensuite nous expliquerons l’algorithme qui a été mis en place et validé par simulation. La troisième partie traitera des résultats des essais en vol ou nous montrerons notamment une méthode qui a été développée pour mesurer la circulation des vortex. Enfin, nous conclurons ce dernier chapitre.
1 Prérequis
Figure 7.2 – a) Exemple de densités de puissance spectrales calculées à partir d’un courant hé-térodyne mesuré par le LIDAR pendant les essais. b) Impulsion laser mesurée. c) Densités de puissances spectrales calculées autour de la zone aveugle. La ligne noire pointillée correspond à la taille de la zone aveugle obtenue.
Les études portant sur la localisation, par LIDAR, de centre de tourbillon de sillage ont fait partie de mes premiers travaux réalisés à mon arrivée au SLS. Ces études ont été menées en collaboration avec un industriel. Elles ont été conduites avec de nombreuses personnes du SLS afin de réaliser : (1) le montage du LIDAR et sa caractérisation, (2) le dévelop-pement d’algorithmes de traitement du signal adapté, (3) la mise en place des campagnes expérimentale.