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Robust reanalysis of the electron radiation belt dynamics for physics driven space climatology applications
No full textInternational audienceSpecification models for radiation belts are essential for the design of radiation resistant, long-lasting spacecraft. Using the available in-situ measurements allows these models to virtually describe the average space radiation environment. However, their dependence on observations will make them suffer from data gaps which may lead to poor assessment of degradation risks. To counter this problem, one can have access to continuous descriptions of the radiation belt dynamics on long time periods through climate reanalysis. This operation consists in the assimilation of historical measurements in radiation belt simulations over solar-cycle-long periods, allowing for a physics-based filling of data gaps and the re-calibration of the radiation belt codes on long simulations. The obtained database of continuous historical distributions may serve later in the elaboration of space climatology models and a new generation of physics-based specification models. Yet, the success of climate reanalysis operation is strongly dependent on the numerical stability of the data assimilation procedure that can be deteriorated in the low earth orbit region for instance. Hence, we present in this paper, the climate reanalysis of the trapped electron dynamics using the Salammbô code for the 2014–2022 period, with promising results when compared to standard specification models. We also present the methodology followed to stabilize the assimilation in the low earth orbit
ResNet50-based testbench development for the SEE evaluation of the AMD Versal SoC AIEngines
No full textInternational audienceHardware acceleration for an edge-AI application utilizing a convolutional neural network (CNN) typically involves distributing intensive computational tasks, such as matrix convolutions or multiplications, across multiple cores running in parallel. This can be achieved using a static GPU-like (Graphical Processing Unit) architecture or a configurable array of cores like the one available in the AMD Versal AICore device [1, 2], which is a monolithic chip that embeds a processing system, a programmable logic and an array of 400 AIEngines (AIEs) that are specialized computation tiles well-suited for artificial intelligence (AI) oriented applications. The Versal provides an interesting potential for optimized AI-acceleration [3, 4] with the flexibility of a configurable device for radiation hardening of space applications.In this work, we present the testbench that we have developed in the context of Single Events Effects (SEE) assessment of the Versal AIEs under laser testing [5]. It is based on ResNet50 [6], a CNN designed to efficiently train very deep models using residual connections, offering strong performance in image classification tasks. AMD has used ResNet50 on the Versal AI Engines for SEE test purposes [7]. The development and design approach were based on Petalinux OS and AMD Deep Learning Processing Unit (DPU) IP.In our testbench, one of the A72 APU core of the processing system (PS) runs a bare-metal Resnet50 application based on a light C++ framework for CNN modeling with a part of its calculation tasks being delegated to AIEs to perform accelerated onboard inference. The main test loop of this application consists in feeding in the input data, executing lightweight ResNet50 operations, triggering the AIE graph execution and comparing output data with expected (golden) results. The acceleration graph uses 352 AIEs to accelerate the residual layers calculations, including convolutions and post-convolution additions, by performing these operations in parallel. Part of the AIEs execute dispatch kernels to manage the flow of input and output data.Further details about the development, the design flow and the graph implementation will be presented, and some specific challenges will be discussed and illustrated by laser-testing results on individual AIEs
Investigation de la séparation de l'écoulement de coin sur un conduit courbe 3D à l'aide de fermetures non linéaires et d'une simulation hybride RANS/LES
No full textInternational audienceThe present paper focuses on the analysis of the interaction between corner vortices and flow separation. The numerical prediction of such corner flows is difficult since industry-standard numerical methods based on the RANS approach with linear closure are not sufficient to capture accurately the high level of anisotropy in the corner area, supporting the need for non-linear RANS closures. The flow field of a 3D S-shaped air intake (U0 ≃ 30m/s, ReH = 4.1 × 105) is investigated using several non-linear RANS closures, including a Reynolds Stress Model (RSM) and recent Quadratic Constitutive Relation (QCR) variants. Experimental data from the ONERA S19Ch wind tunnel [10] as well as a reference ZDES mode 3, that is a Wall Modeled Large Eddy Simulation (WMLES) simulation [12] [8], are employed to improve the analysis and physical interpretation of non- linear RANS closures applied to corner vortices. It is shown that all RANS calculations, including the RSM, fail to reproduce the flow in the symmetry plane that is observed in the experiments and accurately simulated by the WMLES approach.Le présent article se concentre sur l'analyse de l'interaction entre les tourbillons de coin et la séparation de l'écoulement. La prédiction numérique de ces écoulements de coin est difficile car les méthodes numériques standard basées sur l'approche RANS avec fermeture linéaire ne sont pas suffisantes pour capturer avec précision le niveau élevé d'anisotropie dans la zone du coin, ce qui justifie le besoin de fermetures RANS non linéaires. Le champ d'écoulement d'une prise d'air 3D en forme de S avec U = 30 m/s, Re =4,1 x 10^5 est étudié à l'aide de plusieurs fermetures RANS non linéaires, y compris un Reynolds Stress Model (RSM) et des variantes récentes de la relation constitutive quadratique (QCR). Des données expérimentales provenant de la soufflerie ONERA S19Ch, ainsi qu'une référence ZDES mode 3, c'est-à-dire une Wall Modeled Large Eddy Simulation (WMLES), sont utilisées pour améliorer l'analyse et l'interprétation physique des fermetures RANS non linéaires appliquées aux tourbillons d'angle. Il est démontré que tous les calculs RANS, y compris le RSM, ne parviennent pas à reproduire l'écoulement dans le plan de symétrie observé dans les expériences et simulé avec précision par l'approche WMLES
Investigation of strain rate effects on the irreversible and damageable behavior of carbon fiber reinforced polymers under dynamic loading
No full textInternational audienceThis study explores the effects of strain rate on the irreversible deformation and damage evolution in carbon fiber reinforced polymers (CFRPs) during dynamic tensile loading. Experiments conducted on T700/M21 CFRP specimens at varying strain rates (10−4 to 1 m.s−1) indicate that macroscopic irreversible deformation is invariant with strain rate, while viscoelasticity significantly influences the material’s nonlinear behavior. By differentiating between reversible and irreversible strains, we find that damage accumulation does not exhibit a clear strain rate dependency, contrary to some existing literature. This work emphasizes the need for advanced analysis techniques beyond macroscopic observations to fully understand the complex, rate-dependent mechanisms governing CFRP behavior under dynamic conditions
Impact de paramètres morphologiques des agrégats de type carbone noir sur leurs propriétés radiatives pour des applications LIDAR
No full textInternational audienceSoot particles stands out for its fractal morphology and high absorption properties. These properties need to be taken into account in LIDAR inversion codes. The RDG-FA theory seems relevant, even if it suffers fromlimitations due to the underlying simplifying assumptions. The aim of this work is to evaluate the role of certain fine morphological parameters on morphological properties, by means of pairwise pair correlation function calculations. The latter function is necessary for calculating the light scattering properties of the particles.La suie se distingue par sa morphologie fractale et ses propriétés d’absorption élevées. Ces propriétés doivent être prises en compte dans les codes d’inversion LIDAR, qui utilisent généralement la théorie de Mie. La théorie RDG-FA semble plus pertinente pour les particules de suie, même si elle souffre de limitations dues aux hypothèses simplificatrices sous-jacentes. Le but de ce travail est d’évaluer le rôle de la polydispersité des sphérules primaires sur les propriétés morphologiques, par calculs de fonctions de corrélation par paire. Cette dernière fonction est nécessaire pour calculer les propriétés de diffusion de la lumière des particules
Essais en soufflerie sur la géométrie BOLT à Mach 7 : comparaison entre installations et analyses de stabilités
No full textInternational audienceTransition measurements have been obtained through two experimental campaigns conducted independently by the German Aerospace Center and the French Aerospace Lab with the French Alternative Energies and Atomic Energy Commission on subscale models of the BOLT-1 flight experiment geometry. This paper details a cross-facility comparison of measurements obtained at Mach 7, as well as subsequent computational analysis. Infrared thermography measurements obtained by both campaigns have facilitated a global comparison of the transition front across facilities at analogous conditions, which are found to be in good agreement. High-frequency surface pressure fluctuation data demonstrate significant amplification of instabilities with Mack-mode characteristics in the outboard regions of the acreage. These measurements are compared to stability analyses of varying fidelity. The computational methods employed to characterize the boundary-layer transition phenomena include the traditional line-marching implementation of the parabolized stability equations (PSEs), 2D eigenvalue analysis coupled with PSE. Although the 2D eigenvalue analysis is found to predict instabilities, which correlate in terms of frequency and acreage location to the experimental measurements, the predicted amplification for these instabilities is lower than would typically be expected for transition. Line-marching results for traveling crossflow produce the best match to the experimental transition front, with a consistent transition N factor of approximately 3–3.5.Des mesures de transition ont été obtenues lors de deux campagnes expérimentales menées indépendamment par le DLR et l'ONERA (en collaboration avec le CEA) sur des modèles à échelle réduite de la géométrie BOLT-1. Cet article présente en détail une comparaison entre les mesures issues d'essais en soufflerie à Mach 7, ainsi qu'avec des calculs de stabilité réalisés aux conditions d'essais.Les mesures par thermographie IR obtenues lors des deux campagnes expérimentales ont permis une comparaison du front de transition entre les installations. Des données issues de mesure haute-fréquence des fluctuations de pression à la paroi démontrent une amplification significative d'instabilités (ayant des caractéristiques similaires au second mode Mack) dans la partie latérale de la surface principale d'expérimentation.Ces mesures sont comparées à des analyses de stabilité avec différents niveaux de fidélité. Les méthodes de calcul employées pour caractériser le processus de transition comprennent l'utilisation de line-marching PSE, l'analyse par valeurs propres en 2-D couplée à la PSE et le suivi des paquets d'ondes (wavepacket) par raffinement de maillage adaptatif. Alors que l'analyse des valeurs propres 2-D permet de prédire des instabilités dont la fréquence et la localisation sont en adéquation avec les mesures expérimentales, l'amplification prévue pour ces instabilités est plus faible que celle à laquelle on pourrait s'attendre pour la transition par du second mode de Mack. Les résultats de la PSE produisent la meilleure correspondance avec le front de transition expérimental, avec un facteur N de transition de l'ordre de 3 à 3,5
Estimation des paramètres d'un modèle de rafale 3D avec un lidar de vent
No full textInternational audienceReducing fuel consumption for future airplanes is a critical issue. One solution is to design airplanes with a large wing aspect ratio to increase the lift. However, such wings are sensitive to loads induced by gusts. A technique consists of using adaptive wings that modify their shape according to the gust measured ahead of the airplane (the so-called feed-forward gust load alleviation). The gust is typically measured using a wind lidar at the nose of the airplane. To determine the three-dimensional wind field, the lidar is addressed along different axes to obtain the projections of the wind along each of them. In this paper, we present a methodology for reconstructing a gust immersed in wind turbulence from the lidar measurements. The proposed estimation methods are based on the Bayesian filtering theory. Considering simplified models, numerical simulations show the feasibility of such a reconstruction.La réduction de la consommation de carburant des futurs avions est une question cruciale. Une solution consiste à concevoir des avions avec des ailes à grand rapport d'aspect pour augmenter la portance. Cependant, ces ailes sont sensibles aux charges induites par les rafales. Une technique consiste à utiliser des ailes adaptatives qui modifient leur forme en fonction de la rafale mesurée à l'avant de l'avion (atténuation de la charge due à la rafale).La rafale est généralement mesurée à l'aide d'un lidar de vent situé à l'avant de l'avion. Pour déterminer le champ de vent en 3D, le lidar est adressé le long de différents axes afin d'obtenir les projections du vent le long de chacun d'eux.Dans cet article, nous présentons une méthodologie pour reconstruire une rafale immergée dans la turbulence du vent à partir des mesures du lidar. Les méthodes d'estimation proposées sont basées sur la théorie du filtrage bayésien. En considérant des modèles simplifiés, des simulations montrent la faisabilité d'une telle reconstruction
Combinaison cohérente de signaux télécoms multiplexés en longueur d'onde : vers les télécommunications optiques en espace libre à haut débit et de forte puissance
No full textInternational audienceThis work presents a coherent beam combining system achieving constructive interferences of 8 arms seeded by 4 wavelength-division multiplexed (WDM) channels modulated at 10 Gbit/s each. The whole spectrum spans over 2.4 THz (19 nm) in the C-band. Phase-locking of one channel, combined with an accurate equalization process of the optical path differences (OPD) of the arms, allows us to maximize the combining efficiency of all the channels simultaneously. Each channel achieves a combining efficiency higher than 95%. Supported by an analytical description of the system, tolerancing rules underline the need for precise OPD equalization accuracy: a 5 µm OPD mismatch results in a 1% combining efficiency loss. Bit error rate and eye diagram analysis demonstrate the reliability of the system to transmit data without penalties. This marks a step toward the development of innovative WDM laser sources for high-power, high-bit-rate free-space optical telecommunications
Imagerie de la température et de la pression sur des pales à rotation rapide à l'aide de PSP et de luminophore inorganique sensible à la température
No full textInternational audienceWe report on the application of a novel, short decay time thermographic phosphor to obtain blur-free images of fast rotating propeller blades and to measure the surface temperature distribution. A dual camera setup was used to obtain double frame image pairs in quick succession as per the single shot lifetime method. A Pressure-Sensitive Paint (PSP) and the developed Temperature-Sensitive Paint (TSP) were applied to separate blades and used to measure the surface pressure and temperature fields of a propeller spinning at high frequency. A system triggering configuration was developed that allows the alternating acquisition of PSP and TSP data with the two measurement processes progressing in tandem.Nous présentons l'application d'un nouveau luminophore inorganique sensible à la température dont la durée de vie courte permet d'obtenir des images nettes de pales de rotor à grande vitesse de rotation sur lesquelles le champ de température est mesuré. Deux caméras ont été utilisées pour obtenir des paires d'images se succédant rapidement selon la méthode durée de vie à une seule impulsion. Une peinture sensible à la pression (PSP) et une peinture sensible à la température (TSP) développées ont été appliquées sur des pales distinctes et utilisées pour mesurer les champs de pression et de température sur la surface d'une pale de rotor tournant à haute vitesse. Un système de synchronisation du montage a été mise au point pour permettre l'acquisition alternée des données PSP et TSP, les deux processus de mesure se déroulant en tandem