2.3 Analyse des mesures
2.3.3 Imagerie Infrarouge
1 tf in− tini Z tf in tini p2dt 1/2 (2.7)
Pour le premier arc, le maximum de puissance RMS est obtenu dans la direction 50◦(C4). Micro C1, 20◦ C2, 30◦ C3, 40◦ C4, 50◦ C5, 60◦ prms(dB) 143,1 143,7 146,0 147,2 145,9 Micro C6, 20◦ C7, 30◦ C8, 40◦ C9, 50◦ C10, 60◦ prms(dB) 134,8 135,4 137,2 139,1 140,5 Table 2.5 – Amplitudes RMS du bruit perçu durant le tir :tini= 0,25 ms et tf in = 3,5 s
Le microphone C4 a une puissance supérieure de 6 dB à celle reçue par le microphone C1, 3 dB sur C2 et 1 dB sur C3et C5. Sur le second arc, la puissance acoustique croît avec l’angle. Ces mesures confirment l’impression donnée par l’observation des signaux de pression des figures 2.10 et 2.11. Une analyse plus détaillée des mesures acoustiques sera réalisée au chapitre 5.
L’analyse des signaux audios semble indiquer une séparation entre le bruit de jet et l’ODS. Cependant, il est logique de penser que le phénomène d’onde de souffle soit contem-porain au développement du jet supersonique. On peut donc s’attendre légitimement à une action possible de l’un sur l’autre. Lors de l’allumage, l’ODS ne semble donc pas être un phénomène à traiter entièrement indépendamment du jet supersonique.
Ce dernier occupe donc une place importante dans la simulation de l’environnement acous-tique au décollage. Pour suivre le développement et la mise en place de l’écoulement insta-tionnaire du jet, une caméra IR a enregistré les premiers instants à haute fréquence.
2.3.3 Imagerie Infrarouge
La caméra IR enregistre le développement du jet à une cadence de 2000 clichés par seconde. Le temps d’intégration de chaque image est de 100 µs. La caméra est déclenchée 5 s avant la mise à feu du moteur. Aussi, les images ne sont pas exactement synchronisées avec
les évènements du tir, en particulier l’arrachage de l’opercule. On attribue arbitrairement le temps t = 0 des clichés à l’image qui correspond au désoperculage de la tuyère, soit en réalité environ 24 ms après le début de l’acquisition acoustique (cf. fig. 2.6). Les clichés sont présentés sur les figures 2.13 et 2.14, annotés avec le temps décalé. La séquence comporte 36 images, soit 17,5 ms de tir, ce qui correspond essentiellement à la phase d’allumage du moteur. La période couvre la montée en pression jusqu’au maximum de pression.
Les images présentées ne sont pas étalonnées en luminance énergétique. L’évaluation et la comparaison des signaux se feront donc sur les images brutes en nombre de coups (digital
level), proportionnels à la luminance photonique. Celle-ci est elle-même une fonction de la
température des gaz. La tuyère se situe à gauche des images mais n’est pas visible, car elle ne rayonne pas dans la gamme de longueur d’onde du filtre. Aux premiers instants, on observe le développement et la convection vers l’aval d’une boule de feu :
– t = 1,0 ms : un point chaud apparaît à l’extrémité avale de la poche de gaz chauds ; – t = 1,0 - t = 5,0 ms : à mesure que la poche se développe, le point aval de la poche de
gaz émet plus intensément ;
– t = 5,0 ms : la poche de gaz s’est grandement élargie et rayonne fortement dans la gamme spectrale du filtre. Cette boule de gaz chaud émet plus intensément que les gaz en sortie de tuyère, ce qui suggère une combustion avec les gaz de l’air ambiant. De plus, le gradient d’intensité est radial avec pour point maximal le centre de la poche de gaz, ce qui indique qu’il s’agit d’une combustion du volume de gaz, et non une combustion superficielle de la couche de mélange. La vitesse d’expansion est mesurée à 287 m.s−1. La forme allongée de cette poche de gaz est attribuée à la forme de la tuyère [Varnier 2006c]. En effet, lors du tir du moteur identique LP10-26, mais équipé d’une tuyère plus courte pour un demi angle d’ouverture plus grand, les observations rapportent que la poche de gaz est alors plus large et beaucoup moins longue ; – t = 6,0 - t = 8,0 ms : une bouffée chaude traverse le champ de la caméra. Cette
bouffée correspond au pic de pression enregistré par le capteur Pfaret signalé sur la figure 2.7. Cela correspond aussi au maximum de la dérivée du signal de pression lissé de la figure 2.8. Dans le même temps, le jet se développe ;
– t = 10,0 ms : le jet est stationnaire. Des points bleus sont visibles à intervalles régu-liers, révélateurs de zones chaudes à l’intérieur du jet. Il s’agit des zones en aval des chocs qui échauffent le gaz en les traversant.
– t = 10,0 ms - fin : on peut s’attendre à la recombustion des gaz en périphérie du jet, dans la couche de mélange. Les images IR montrent que le jet supersonique est en-touré d’une couche plus chaude. Cependant, le faible contraste entre la température du jet dans l’écoulement central et la température des gaz en périphérie ne permet pas de conclure sur ce point.
t = 0,0 ms t = 0,5 ms t = 1,0 ms t = 1,5 ms t = 2,0 ms t = 2,5 ms t = 3,0 ms t = 3,5 ms t = 4,0 ms Max. Min. Int ensit é lumineuse t = 4,5 ms t = 5,0 ms t = 5,5 ms t = 6,0 ms t = 6,5 ms t = 7,0 ms t = 7,5 ms t = 8,0 ms t = 8,5 ms
Figure 2.13 – Séquence d’allumage du LP10-25 enregistrée par la caméra haute vitesse dans la bande III du rayonnement IR, du désoperculage (t = 0 ms) à t = 8,5 ms
t = 9,0 ms t = 9,5 ms t = 10,0 ms t = 10,5 ms t = 11,0 ms t = 11,5 ms t = 12,0 ms t = 12,5 ms t = 13,0 ms Max. Min. Int ensit é lumineuse t = 13,5 ms t = 14,0 ms t = 14,5 ms t = 15,0 ms t = 15,5 ms t = 16,0 ms t = 16,5 ms t = 17,0 ms t = 17,5 ms
Figure 2.14 – Séquence d’allumage du LP10-25 enregistrée par la caméra haute vitesse dans la bande III du rayonnement IR de t = 9,0 ms à t = 17,5 ms
2.4 Conclusion
Ce chapitre a présenté le dispositif expérimental du tir LP10-25. Les caractéristiques du moteur et de sa mise en place ont été détaillées durant la première section, à savoir l’organisation du propergol et sa composition, la géométrie de la tuyère, ainsi que les grandeurs aérodynamiques attendues. La seconde partie a exposé l’instrumentation de l’essai : les capteurs de pression dans la chambre, les microphones de champ libre et la caméra IR. Enfin, les mesures ont été analysées pendant la troisième partie. Les signaux acoustiques montrent que l’ODS ne semble pas être un phénomène indépen-dant du jet supersonique, et sa modélisation devra donc passer par une simulation du développement du jet. De plus, la recombustion des gaz de propergols entraîne la for-mation et l’expansion d’une boule de feu peu après l’allumage. On peut s’attendre à ce que cette boule de feu ait une influence sur le développement de l’ODS. Concernant le bruit de jet, les graphiques temps - fréquence de DSP montrent que les fréquences des fondamentales se situent entre 200 et 1000 Hz. Par ailleurs, l’observation des images IR montre qu’il n’y a pas ou que très peu de recombustion dans la couche de mélange du jet.
Modèles et méthodes
Science can only ascertain what is, but not what should be, and outside of its domain value judgements of all kinds remain necessary.
Les sciences ne peuvent révéler que ce qui est, pas ce qui devrait être, et, en dehors de son domaine de validité, des jugements de valeurs sont nécessaires.
Albert Einstein, Out of My Later Years, 1936
3.1 Équations de la LES . . . . 88
3.1.1 Équations de conservation . . . . 88