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Modélisation des effets de rugosité par l'approche DANS /DEM
No full textThe DANS/DEM (Double Averaged Navier Stokes / Discrete Element Method) model, dedicated to the prediction of roughness effects (Chedevergne and Forooghi, 2020; Chedevergne, 2021, 2023), is tested against a DNS database (Yang et al., 2022) of channel flows with rough walls that notably emphasizes the influence of the Skewness of the roughness elevation map. An in-depth analysis of the DNS database proved that the separation zones occurring in the vicinity of the wall play a non-negligible role as the Skewness becomes negative. To try to account for the influence of these zones, the pressure gradient imposed in the simulated channel is made variable with the wall distance in the roughness sublayer. However, for roughness distribution with negative Skewness, an increase of the turbulent mixing is also observed in the DNS, that may be accounted for in the DANS/DEM model by modifying the source term involved in the transport equations of the turbulent scalars.Le modèle DANS/DEM (Double Averaged Navier Stokes / Discrete Element Method), dédié à la prévision des effets de rugosité (Chedevergne20,Chedevergne21,Chedevergne23), est éprouvé par rapport à une base de données DNS (Yang22) d'écoulements en canal avec des parois rugueuses qui met notamment l'accent sur l'influence de l'asymétrie (Skewness) de la distribution des hauteurs de rugosité. Une analyse approfondie de la base de données DNS a montré que les zones de décollement se produisant à proximité de la paroi jouent un rôle non négligeable lorsque l'asymétrie devient négative. Pour tenter de tenir compte de l'influence de ces zones, le gradient de pression imposé dans le canal simulé est pris comme une fonction de la distance à la paroi dans la sous-couche de rugosité. Cependant, pour une distribution de rugosité avec une asymétrie négative, une augmentation du mélange turbulent est également observée dans le DNS, ce qui peut être pris en compte dans le modèle DANS/DEM en modifiant le terme source impliqué dans les équations de transport des scalaires turbulents
Effet d'échelle et de la transition sur les interactions onde de choc/couche limite sur géométrie cylindre jupe en conditions soufflerie
No full textInternational audienceA comprehensive investigation into the flow over a hollow-cylinder and [Formula: see text] flare has been conducted at Mach 5 with transitional Reynolds numbers. Experiments of two similar models have been conducted in LT5 at the University of Arizona and R2Ch at ONERA. Considerable differences in reattachment behavior were observed from infrared thermography measurements indicating that the reattachment in LT5 was approximately twice as far from the flare base as observed in R2Ch. Supporting simulations have been performed at the University of Arizona and the Technical University of Munich. Various effects are reviewed: Mach numbers and wall temperatures modulating boundary-layer development, 3D relief effects due to differences in normalized cylinder diameters, leading-edge bluntness effects, and the impact of freestream disturbances. Simulations show that modulation of freestream noise amplitude can scale the interaction size to match experiments. Experimental investigation of the respective noise environment between the two facilities showed that despite exhibiting similar noise magnitudes, they differed considerably in frequency content, suggesting that additional parameters are required when quantifying wind tunnel freestream noise conditions. These discrepancies are believed to lead to greater seeding of shear layer instabilities in R2Ch, resulting in faster transition, consistent with the experimentally observed smaller recirculation bubble
Two-phase Trajectory Planning Method for Robust Planetary Landing in a Sensor-equipped Area
No full textInternational audienceThis article addresses the planetary landing problem by considering uncertainties and leveraging the presence of a detection area where precise measurements are available. The flight consists of two distinct phases: the first phase, subject to a high level of uncertainties, and the second phase, during which the vehicle is feedback controlled to ensure precise landing. We propose a method to compute the optimal control for the initial phase, aiming to minimize fuel consumption for the entire trajectory while satisfying a probabilistic constraint that ensures the vehicle reaches the detection zone with a specified threshold
Global climate modelling of Saturn’s atmosphere, Part V: Large-scale vortices
No full textInternational audienceThis paper presents an analysis of large-scale vortices in the atmospheres of gas giants, focusing on a detailed study conducted using the Saturn-DYNAMICO global climate model (GCM). Large-scale vortices, a prominent feature of gas giant atmospheres, play a critical role in their atmospheric dynamics. By employing three distinct methods-manual detection, machine learning via artificial neural networks (ANN), and dynamical detection using the Automated Eddy-Detection Algorithm (AMEDA)-we characterize the spatial, temporal, and dynamical properties of these vortices within the Saturn-DYNAMICO GCM. Our findings reveal a consistent production of vortices due to well-resolved eddy-to-mean flow interactions, exhibiting size and intensity distributions broadly in agreement with observational data. However, notable differences in vortex location, size, and concentration highlight the model's limitations and suggest areas for further refinement. The analysis underscores the</div
Simulation de la combustion assistée par plasma dans un superstatoréacteur
No full textThe objective of this thesis is to numerically study the plasma ignition of supersonic combustion in scramjets. The thesis focuses on a particular plasma actuator called PIM (Plasma Injection Module), using gliding Q-DC arcs of a few amperes. One objective of these simulations is to reproduce experimental measurements made in the LAERTE facility at ONERA, where hydrogen/air combustion occurs in the presence of an arc. The codes used, CEDRE for the CFD part and TARANIS for the electrical part, exchange source terms via the CWIPI coupling library. Initially, the thesis focuses on validating the behaviour and characteristics of the arc. Then, it addresses the study of the different steps of combustion initiated by the arc in the self-ignition regime and under severe conditions. A parametric study is conducted on a set of influential parameters, such as hydrogen injection and current level. Finally, an improvement of the high temperature hydrogen combustion chemistry is envisioned to better account for the radical species produced by the plasma. The major breakthrough of this thesis is the simulation of the plasma-combustion interaction within a complete supersonic combustion chamber.L’objectif de la thèse est d’étudier numériquement l’allumage plasma de la combustion supersonique dans les superstatoréacteurs. La thèse se focalise sur un actionneur plasma particulier appelé PIM (Plasma Injection Module), utilisant des arcs glissants Q-DC de quelques ampères. Un objectif de ces simulations est de reproduire les mesures expérimentales faites dans la veine LAERTE de l’ONERA dans laquelle une combustion hydrogène/air a lieu en présence d’un arc. Les codes utilisés, CEDRE pour la partie CFD et TARANIS pour la partie électrique, échangent des termes sources via la librairie de couplage CWIPI. La thèse se concentre dans un premier temps sur la validation du comportement et des caractéristiques de l’arc. Puis elle aborde l’étude des différentes étapes de la combustion initiée par l’arc en régime d’autoallumage et en conditions sévères. Une étude paramétrique est conduite sur un ensemble de paramètres influents, comme l’injection d’hydrogène et le niveau de courant. Pour conclure, une amélioration de la chimie de la combustion de l’hydrogène à haute température est envisagée afin de mieux tenir compte des espèces radicalaires produites par le plasma. L’avancée majeure de cette thèse est la simulation de l’interaction plasma combustion dans une chambre de combustion supersonique complète
Stratégie de co-conception pour les systèmes d'optique adaptative : application à l'optimisation des longueurs d'onde pour l'observation de satellites
No full textInternational audienceAdaptive optics is used to mitigate the effects of atmospheric turbulence on imaging systems, but the correction is only partial and deconvolution is often required to improve the resolution. This results in entire optical/digital systems, which are traditionally designed sequentially, \textit{i.e.} the adaptive optics system is optimised first, and the restoration algorithms are designed in a second step. Studies on optical/digital systems have shown that jointly optimising the whole system is a better alternative. We propose to extend these co-design strategies to the design of an adaptive optics assisted imaging system. We derive a simple criterion that takes into account the source properties and the entire optical/digital system performance. To illustrate its interest, we use it to optimise the flux distribution between the wavefront sensor and the imaging camera. Later, any parameter of the optical/digital system, if not the entire system itself, could be optimised this way.L'optique adaptative est utilisée pour atténuer les effets de la turbulence atmosphérique sur les systèmes d'imagerie, mais la correction n'est que partielle et la déconvolution est souvent nécessaire pour améliorer la résolution. Il en résulte des systèmes complets opto-numériques, qui sont traditionnellement conçus de manière séquentielle, \textit{i.e.} le système d'optique adaptative est optimisé dans un premier temps et les algorithmes de restauration dans un second. Des études sur les systèmes opto-numériques ont montré qu'optimiser conjointement l'ensemble du système était une meilleure alternative. Nous proposons d'étendre ces stratégies de co-conception à la conception d'un système d'imagerie assisté par optique adaptative. Nous dérivons un critère simple qui prend en compte les propriétés de la source et la performance de l'ensemble du système opto-numérique. Afin d'illustrer son intérêt, nous l'utilisons pour optimiser la répartition du flux entre l'analyseur de front d'onde et la caméra d'imagerie. Par la suite, n'importe quel paramètre du système opto-numérique, et même le système complet, pourrait être optimisé de cette manière
Essai à double hétérogénéité mécanique et thermique pour l'identification de lois de comportement de matériaux par méthode inverse
No full textThis thesis work aims at implementing a test presenting two heterogeneities in stress and temperature for material characterisation. In the aerospace industry, certification programs are increasingly relying on model and simulation to reduce the number of physical tests performed upon structures. This virtual certification process relies on the predictive capabilities of the constitutive models for materials undergoing complex thermomechanical loadings.Standard material characterisation procedures are generally performed on normalised specimens and are based on assumptions of static equilibrium (i.e. statically determined) difficult to respect in practice and leading to large number of tests.With the recent developments of full-field optical measurement techniques for both kinematic and thermal quantities, there has been growing interest in developing statically indeterminate approaches for material characterisation based on heterogeneous experimental data, allowing to reduce the number of tests. This new experimental paradigm has been referred to as Material Testing 2.0. Until now, these approaches have primarily been applied to tests involving heterogeneities in strain and strain rate only. While recent studies have explored tests involving both strain rate and temperature gradients, those tests relied on temperature gradients generated by Gleeble thermomechanical testing machines and remain limited in terms of achievable temperature ranges.In this work, a novel experimental design is developed for the introduction of the temperature gradient, allowing for control over the heat source position and the generated temperature range. For this proof of concept, a viscoelastic polymer (PMMA) is chosen for its sensitivity to temperature at low temperature ranges. The Virtual Fields Method is picked for the material characterisation. Numerical investigation shows its reliability for the characterisation of linear viscoelastic behaviour for both isothermal and non-isothermal conditions. On the experimental part, a heating methodology is introduced for the generation of the thermal gradient. Then a methodology is introduced employing tools that enable the Lagrangian tracking of both kinematic and thermal data within the same reference frame. Measurement biases introduced by the presence of a heterogeneous temperature field in the specimen are then analysed. Finally, an experimental campaign is carried out with the developed methodology for the characterisation of PMMA.Ces travaux de thèse ont pour objectif d'implémenter un essai présentant une double hétérogénéité mécanique et thermique, en vue de l'identification de lois de comportement de matériaux par méthode inverse. Dans l'industrie aérospatiale, les programmes de certification s'appuient de plus en plus sur la modélisation et la simulation numérique afin de réduire le nombre d'essais physiques réalisés sur les structures. Ces processus de certification virtuels dépendent fortement de la capacité prédictive des lois de comportement pour des matériaux soumis à des chargements thermomécaniques complexes.Les méthodes standards de caractérisation des matériaux sont généralement réalisées sur des échantillons normés et reposent sur des hypothèses d'équilibre statique (i.e., statiquement déterminé) difficiles à respecter en pratique, ce qui conduit à la nécessité de réaliser un grand nombre d'essais. Avec l'émergence des techniques optiques de mesure des champs cinématiques et thermiques, un intérêt croissant s'est développé pour le recours à des approches statiquement indéterminées, permettant la calibration de modèles de comportement à partir d'informations hétérogènes, et ainsi de réduire le nombre d'essais requis. Ce nouveau paradigme d'essai a été nommé Material Testing 2.0.Jusqu'à présent, ces méthodes ont été principalement appliquées à des essais présentant des hétérogénéités en termes de déformations et de vitesses de déformation. Bien que des études récentes aient exploité des essais présentant une double hétérogénéité en vitesse de déformation et en température, celles-ci ont utilisé des gradients de température générés à l'aide de machines d'essai thermomécanique de type Gleeble, ce qui limite à la fois la gamme de température atteignable et la distribution spatiale des températures.Dans ces travaux, une nouvelle méthodologie expérimentale est développée pour introduire un gradient thermique dans l'essai, permettant un contrôle à la fois sur la gamme de température générée et sur la position de la source de chaleur. Pour cette preuve de concept, un polymère viscoélastique (PMMA) a été choisi en raison de sa sensibilité à la température dans des gammes relativement faibles.La Méthode des Champs Virtuels est utilisée pour la caractérisation du matériau. Des travaux numériques permettent de démontrer la fiabilité de cette approche pour l'identification du comportement viscoélastique linéaire, aussi bien en conditions isothermes que non isothermes.Concernant la partie expérimentale, un système de génération de gradient thermique est mis en place. Ensuite, une méthodologie d'analyse est introduite, s'appuyant sur des outils permettant le suivi lagrangien des données cinématiques et thermiques dans un même repère. Les biais de mesure associés à l'introduction d'un champ de température hétérogène dans l'essai sont ensuite analysés. Enfin, une campagne expérimentale est menée à partir de la méthodologie développée pour la caractérisation du PMMA
Signal-to-noise ratio increase in coherent Doppler wind lidar using increased SBS threshold, compression gradient fiber amplifier
No full textInternational audienceWe previously demonstrated the use of a compression gradient fiber amplifier (CGFA) to achieve high peak power through SBS-mitigation. We present in this work the integration of a CGFA into a coherent Doppler wind lidar (CDWL) system to enhance detection range and improve signal-to-noise ratio and wind estimation precision compared to standard fiber amplifier
Mécanismes de transition dans les tuyères de soufflerie hypersoniques : une approche méthodologique utilisant l'analyse de stabilité linéaire globale
No full textInternational audienceBase-flow computations and stability analyses are performed for a hypersonic wind tunnel nozzle at a Mach number of 6. Isothermal and adiabatic wall boundary conditions are investigated, and moderate stagnation conditions are used to provide representative scenarios to study the transition in quiet hypersonic wind tunnel facilities. Under these conditions, the studied nozzle shows a small flow separation at the convergent inlet. Global stability analysis reveals that this recirculation bubble may trigger a classical three-dimensional stationary unstable global mode. Resolvent analysis reveals Görtler, first and second Mack modes affecting the divergent part of the nozzle, along with a Kelvin-Helmholtz instability induced by the bubble. The present study also highlights the key impact of perturbations located in the convergent inlet on the development of instabilities further downstream in the divergent outlet, helping to understand the need and efficacy of a suction lip upstream of the nozzle throat to mitigate instabilities in the divergent section. Detailed knowledge of all these mechanisms is essential for understanding flows in quiet hypersonic wind tunnel nozzles and, consequently, represents a key step towards the optimisation of such nozzles.Impact Statement Nozzle turbulent boundary layers are a significant source of acoustic noise in conventional hypersonic wind tunnels. They must be avoided when designing 'quiet' (low-noise) hypersonic nozzles. The few existing quiet hypersonic wind tunnels are currently limited in Mach number and transition Reynolds number due to this transition, and thus do not fully cover the atmospheric flight conditions required for hypersonic vehicle studies. Consequently, understanding and defining accurate metrics representing the instability potential of a given nozzle design is a crucial point for the optimisation of future higher Reynolds number quiet nozzles. In this article, we provide a spatial high-order tool that computes the base flow of a given nozzle and characterises all possible instabilities, such as globally unstable modes or resolvent modes affecting separated regions and attached boundary layers. For a specific nozzle design, we analyse the various instability mechanisms at play to provide guidelines for the interpretation of such resultsDes calculs de l'écoulement de base et des analyses de stabilité sont réalisés pour une tuyère de soufflerie hypersonique à un nombre de Mach égal à 6. Des conditions aux limites de paroi isothermes et adiabatiques sont considérées, ainsi que des conditions de stagnation modérées, afin de représenter des scénarios réalistes pour l'étude de la transition dans les souffleries hypersoniques silencieuses. Dans ces configurations, la tuyère présente une séparation de la couche limite à l'entrée du convergent. L'analyse de stabilité globale révèle que cette bulle de recirculation peut induire un mode global tridimensionnel stationnaire instable, typique des modes associés aux bulles de recirculation. L’analyse résolvante met en évidence plusieurs mécanismes d’instabilité affectant la partie divergente de la tuyère : du Görtler, les instabilités du premier et du second mode de Mack, ainsi qu’une instabilité de type Kelvin-Helmholtz induite par la bulle à l'entrée du convergent. Cette étude souligne également le rôle crucial des perturbations situées à l’entrée du convergent dans le développement des instabilités plus en aval, dans le divergent. Elle permet ainsi de mieux comprendre l’intérêt et l’efficacité d’une lèvre d’aspiration en amont du col de la tuyère pour atténuer ces instabilités. Une compréhension fine de l’ensemble de ces mécanismes est essentielle pour appréhender les écoulements dans les tuyères de souffleries hypersoniques silencieuses, et constitue une étape clé vers leur optimisation
Travaux expérimentaux sur la caractérisation multiphysique de liners acoustiques et de la transition laminaire-turbulent
No full textCe manuscrit d’habilitation à diriger des recherches présente mes activités d’encadrement scientifique et propose une synthèse des travaux menés depuis fin 2016 jusqu’à aujourd’hui. Mes recherches s’articulent autour de deux axes majeurs : l’étude des liners acoustiques en présence d’écoulement et l’analyse de la transition laminaire-turbulent. Une synthèse des travaux expérimentaux, notamment ceux réalisés sur le banc B2A du DMPE, mettra en lumière certains verrous techniques et scientifiques liés à la caractérisation multiphysique des matériaux acoustiques.Parallèlement, la transition laminaire-turbulent des couches limites sera explorée à travers diverses investigations expérimentales. Bien que ces thématiques puissent sembler disjointes, elles partagent des outils expérimentaux et théoriques communs, favorisant ainsi des interactions enrichissantes entre les deux domaines. En particulier, l’étude de l’impédance des dispositifs de contrôle de la transition de la couche limite par aspiration constitue un point de convergence majeur, offrant une approche élégante et efficace pour relier ces deux axes de recherche. Cette perspective unificatrice contribue à une meilleure compréhension des phénomènes physiques sous-jacents. Enfin, ces travaux de recherche s’appuient sur l’encadrement de plusieurs étudiants, que ce soit dans le cadre de thèses de doctorat ou de stages de master