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Rapidly rotating radiatively driven convection: experimental and numerical validation of the ‘geostrophic turbulence’ scaling predictions
No full textInternational audienceWe experimentally and numerically characterize rapidly rotating radiatively driven thermal convection, beyond the sole heat transport measurements reported by Bouillaut et al. (Proc. Natl Acad. Sci., vol. 118, 2021, e2105015118). Based on a suite of direct numerical simulations (DNS) and additional processing of the experimental data collected by Bouillaut et al. (Proc. Natl Acad. Sci., vol. 118, 2021, e2105015118), we report the simultaneous validation of the scaling predictions of the ‘geostrophic turbulence’ regime – the diffusivity-free or ‘ultimate’ regime of rapidly rotating convection – for the heat transport and the temperature fluctuations. Following such cross-validation between DNS and laboratory experiments, we further process the numerical data to validate the ‘geostrophic turbulence’ scaling predictions for the flow velocity and horizontal scale. Radiatively driven convection thus appears as a versatile set-up for the laboratory observation of the diffusivity-free regimes of various convective flows of geophysical and/or astrophysical interest
Dynamique de flamme sous modulations de l'injection de méthane dans un écoulement coaxial transcritique
No full textInternational audienceThe present work is motivated by the issue of highfrequency thermo-acoustic instabilities in liquid rocket engines. The objective is to study transcritical LOx/CH4 flame response submitted to modulations of the methane mass flow rate. 2D axisymmetric Large Eddy Simulations are conducted for different forcing frequencies and amplitudes. Results show that increasing the forcing amplitude and frequency leads to amplified velocity fluctuations and shorter coherent structures. This affects the flame by increasing the flow expansion angle and leading to its shortening. It is also observed that forcing the reactant mass flow rate modulates the global heat release rate. For a large forcing frequency and amplitudes, flame yields a high-frequency harmonic response and a non-linear feature. An analytical model from the literature is compared with simulations and is found fairly representative of the high-frequency harmonic response.Le présent travail est motivé par la problématique des instabilités thermo-acoustiques haute fréquence dans les moteurs-fusées à propergol liquide. L'objectif est d'étudier la réponse de la flamme LOx/CH4, en régime transcritique, soumise à des modulations du débit massique de méthane. Des simulations 2D axisymétriques aux grandes échelles sont réalisées pour différentes fréquences et amplitudes de forçage. Les résultats montrent qu'une augmentation de l'amplitude et de la fréquence de forçage conduit à des fluctuations de vitesse amplifiées et à des structures cohérentes plus courtes. Cela affecte la flamme en augmentant l'angle d'expansion de l'écoulement et en conduisant à son raccourcissement. Il est également observé que le forçage du débit massique du réactif module le taux global de dégagement de chaleur. Pour une fréquence et des amplitudes de forçage élevées, la flamme produit une réponse harmonique haute fréquence et non linéaire. Un modèle analytique issu de la littérature est comparé aux simulations et s'avère assez représentatif de la réponse harmonique haute fréquence
Validation expérimentale d’une méthode hybride volumes finis simulant la Surface Equivalente Radar d’objets enfouis
No full textInternational audienceThe paper presents a hybrid finite volume method for evaluating the Radar Cross Section (RCS) of buried objects illuminated by a plane wave, along with an experimental validation of this method. In this context, a dedicated experiment is defined to assess the method's performance. An overview of the numerical scheme's principle is provided, and the experiment details are explained. The study also presents some comparisons between simulation and measurement results.L'article présente une méthode hybride volumes finis pour évaluer la Surface Equivalente Radar (SER) d’objets enfouis illuminés par une onde plane, ainsi qu'une validation expérimentale de cette méthode. Dans ce cadre, une expérience dédiée est définie pour évaluer les performances de la méthode. Une vue d'ensemble du principe du schéma numérique est fournie, et les détails de l'expérience sont expliqués. L'étude présente également quelques comparaisons entre les résultats de simulation et de mesure
Simulations numériques haute fidélité de l'écoulement et du bruit d'un jet double flux installé sous un empennage en T
No full textInternational audienceThis paper presents an investigation of the aerodynamic field and the acoustic signature of a mixed-stream coaxial jet, representative of a low-bypass ratio engine, installed on a T-tail configuration, typical of business jets. Numerical simulations and associated acoustic analysis have been performed by ONERA in the frame of the European collaborative project DJINN (Decrease Jet-Installation Noise), whose objectives are to design and assess noise reduction technologies for jet/wing interaction noise and demonstrate the applicability to complex industrial geometries. To this end, a high-fidelity Zonal-Detached Eddy Simulation is performed using the elsA software in its unstructured mode. The time-accurate evolution of the flows fields is used to reconstruct radiated noise: unsteady pressure, density and velocity are stored on porous surfaces surrounding the jet and the solid surfaces and are post-processed with the Ffowcs Williams and Hawkings (FWH) integral formulation, allowing for the radiation of the acoustic waves and the characterization of the radiated noise, via the code KIM. Spectral analysis of sensors located on the horizontal tail plane allows for an investigation of the acoustic loading, while far-field noise levels are evaluated and compared to available experimental data, yielding an agreement with a discrepancy around 1 dB on the OASPL.Cette étude porte sur l’écoulement et la signature acoustique d’un jet coaxial issu d’une tuyère à flux mélangés, représentatif d’un moteur à faible taux de dilution, installé sous un empennage en T et caractéristique d’un avion d’affaire. Les simulations numériques et les analyses associées ont été réalisées par l’ONERA dans le cadre du projet européen DJINN ((Decrease Jet-Installation Noise), dont les objectifs sont de concevoir et d’évaluer des technologies de réduction du bruit d’interaction jet/voilure ainsi que de démontrer leur applicabilité à des géométries industrielles complexes. Pour ce faire, une simulation haute fidélité « Zonal-Detached Eddy Simulation » est réalisée avec le code elsA sur maillage non structuré. Les champs instationnaires sont utilisés pour reconstruire le bruit rayonné aux microphones : la pression, la masse volumique et la vitesse sont stockées au cours du temps sur des surfaces poreuses entourant le jet et les surfaces solides, puis sont post-traitées avec la formulation intégrale de Ffowcs Williams et Hawkings (FWH) disponible dans le code KIM afin de reconstruire les ondes sonores et caractériser le bruit rayonné. L’analyse spectrale des capteurs positionnés sur l’empennage horizontal permet d’étudier le chargement acoustique, tandis que la comparaison du bruit simulé en champ lointain avec les mesures montre un écart de 1 dB seulement sur les niveaux intégrés
Prévision du bruit au décollage et à l'atterrissage d'un concept d'avion supersonique
No full textInternational audienceThe biggest challenge in the design of commercial supersonic aircraft is the trade-off between minimizing drag and thus fuel consumption during supersonic cruise while reducing noise levels in areas close to the airport. In this study, two different conceptual designs of supersonic aircraft platforms - a business jet with a cruise speed of Ma=1.4 and an airliner with Ma=1.8 are used to investigate advanced take-off procedures to meet the required noise levels. In addition, the impact of engine technologies specific to supersonic applications, such as variable area nozzles on certification levels is examined. It is demonstrated that both aircraft can meet Chapter 14 noise certification requirements with significant margins.Le plus grand défi de la conception d'avions supersoniques commerciaux est le compromis entre la réduction de la traînée et donc de la consommation de carburant pendant la croisière supersonique et la réduction des niveaux de bruit dans les zones proches de l'aéroport. Dans cette étude, deux concepts d'avions supersoniques - un avion d'affaires avec un Mach de croisière de 1.4 et un avion de ligne avec un Mach de 1.8 sont utilisés pour étudier des procédures de décollage avancées afin de respecter les niveaux de bruit requis. En outre, l'impact des technologies des moteurs spécifiques aux applications supersoniques sur les niveaux de certification, telles que les tuyères à section variable, est examiné. On montre que les deux avions peuvent répondre aux exigences de certification acoustique du chapitre 14 avec des marges significatives
Prévision de l'impact acoustique d'une flotte de drones - une méthodologie
No full textInternational audienceThe introduction of drones into an already dense urban infrastructure is expected to have an important impact on the population. The goal of the SESAR MUSE project, « Measuring U-Space Social and Environmental Impact », is to develop a set of performance indicators, methods and tools for the comprehensive and rigorous assessment of the impact of UAM operations on the liveability and quality of life in European cities. One focus domain is drone-generated noise. In the frame of this project, a number of ONERA tools is chained in order to create noise maps, from scratch, for realistic drone fleet scenarios. Hence, in this paper a methodology is presented where a flight mechanics tool, noise source models, an en-route tool and an open-source urban noise propagation tool are chained, allowing complete freedom with regard to choice and number of drones, concept of operations and type of urban environment.L’introduction de drones dans une infrastructure urbaine déjà dense devrait avoir un impact important sur la population. L'objectif du projet SESAR MUSE, «Measuring U-Space Social and Environmental Impact», est de développer un ensemble d'indicateurs de performance, de méthodes et d'outils pour l'évaluation complète et rigoureuse de l'impact des opérations UAM sur l'habitabilité et la qualité de vie dans les villes européennes. Un domaine d’intérêt est le bruit généré par les drones.Dans le cadre de ce projet, plusieurs outils de l'ONERA s'enchaînent afin de créer des cartes de bruit pour des scénarios réalistes de flotte de drones. Ainsi, dans cet article, une méthodologie est présentée où sont chaînés un outil de mécanique de vol, des modèles de sources de bruit, un outil de mise en vol et un outil open source de propagation du bruit urbain, permettant une totale liberté en ce qui concerne le choix et le nombre de drones, le scénario et le type d’environnement urbain
Amélioration d'une méthode de frontière immergée pour la simulation d'écoulements turbulents sur grilles cartésiennes : extension d'une approche globale pour la prise en compte de couches limites minces et d'incidences fortes
No full textInternational audienceThis paper presents further improvements to the immersed boundary method introduced in 2021. The proposed developments take place during the pre- and post-processing stages of the simulation workflow and aim to further increase the accuracy of the approach for steady-state simulations of high Reynolds number turbulent flows around aerodynamic geometries facing strong incidence. To this end, the location of the forcing points is further optimized prior to simulation, with an adaptive and local modeling height that accounts for the evolution of the turbulent boundary layer thickness, especially at the leading edge. In addition, the direct extrapolation of the pressure solution at the wall is replaced by first- and second-order reconstructions using the normal pressure gradients interpolated at a new set of image points. This second approach is used only in post-processing, after the simulation, and prevents the degradation of the wall pressure in the presence of strong curvatures or thin boundary layers. These developments have been validated by simulating subsonic turbulent flows around the NACA0012 profile, 2D multi-element airfoil (2DMEA), and HL-CRM half-plane at significant angles of attack. Smooth and accurate skin pressure and friction coefficients are observed, in excellent agreement with body fitted wall-resolved solutions, even for coarser Cartesian meshes. Better drag and lift coefficients calculated by direct near-field integrations are obtained, along with accurate predictions of the near-wall flow physics throughout the turbulent boundary layer.Cet article présente une version améliorée de la méthode de frontières immergées introduite en 2021. Les développements proposés prennent place au cours des étapes de pré et de post-traitement de la chaîne de simulation et visent à accroître davantage la précision de l'approche IBM pour les simulations stationnaires d'écoulements turbulents fluides à haut nombre de Reynolds, en particulier pour des géométries aérodynamiques étudiées sous indicence élevée. À cette fin, le positionnement des points de forçages a été une nouvelle fois optimisé en amont de la simulation, à l'aide d'une hauteur de modélisation adaptative et locale prenant désormais en compte l'évolution réelle de l'épaisseur de la couche limite, notamment au bord d'attaque. En outre, l'extrapolation directe de la solution de pression à la paroi est désormais remplacée par des recustructions du premier et du second ordre utilisant les gradients de pression normaux interpolés au niveau d'un nouvel ensemble de points images. Cette seconde approche n'est utilisée qu'au cours du post-traitement, à la suite de la simulation, et évite la dégradation de la pression pariétale en présence de fortes courbures ou de couches limites fines. Ces développements ont été validés à travers les simulations d'écoulements turbulents autour d'un profil NACA0012, d'un profil multi-élément 2DMEA et d'une configuration demi-avion HL-CRM à des angles d'incidence élevés. Des coefficients de pression et de frottement lisses et non bruités sont finalement observés, en excellent accord avec les différentes solutions issues de maillages permettant la résolution directe de la couche limite et ce, même pour des maillages cartésiens plus grossiers. De meilleurs coefficients de trainée et de portance sont obtenus, ainsi que diverses informations fluides précises de la physique proche paroi pour l'ensemble de la couche limite turbulente
Using a pyramid wavefront sensor off-zero: from theory to practice
No full textInternational audienceThe pyramid wavefront sensor has become an essential asset for extreme adaptive optics systems, as it offers a high sensitivity. Its main drawback remains its nonlinear behaviour. Using a gain sensing camera and a convolutional model enables the tracking of the first order nonlinearities, called the optical gains. They can be used in the reconstructor as an optimal modal gain integrator as they express the loss of sensitivity of the system in presence of residuals. Knowing them also makes it possible to offset the pyramid and maintain this offset during a closed loop. This operation allows to compensate for non-common path aberration, to maintain an absolute tip-tilt for fiber injection and to introduce dark-hole maps for high contrast imaging. This study explore the behaviour of the offsetted pyramid wavefront sensor assisted by a gain sensing camera, in simulation and experimentally with the AO-bench PAPYRUS
Antibes Juan-Les-Pins Caractérisation d'une antenne fractale par thermographie de fluorescence
No full textInternational audienceLa mesure du champ proche émis par une antenne permet un diagnostic de son bon fonctionnement, et révèle le cas échéant d'éventuels défauts de fabrication. Contrairement aux systèmes de type 'scanning' (déplacement pas à pas d'un capteur ponctuel), la thermographie du champ électromagnétique (EM) permet une cartographie sur une surface en quelques secondes. La thermographie infrarouge (IR) a ainsi été développée à l'ONERA sous l'appellation EMIR : le rayonnement EM chauffe un film mince, et une caméra IR mesure cet échauffement qui est proportionnel à la densité de puissance EM et donc donne l'amplitude du champ. Plus récemment, une technique de thermographie dérivée d'EMIR, appelée EMVI (ElectroMagnetic Visible Imaging) a été développée. Le film mince est désormais recouvert par un fluorophore, dont l'intensité de fluorescence dépend de la température, et donc du champ. Ainsi, une simple caméra optique permet d'obtenir une cartographie du champ EM. Après quelques rappels sur cette méthode, nous présentons sa mise en œuvre dans le cadre de la mesure d'une antenne fractale
Going Beyond Mono-Mission Earth Observation: Using the Multi-Agent Paradigm to Federate Multiple Missions
No full textInternational audienceWe envision a multi-agent federation layer to coordinate systems composed of independent Earth observation missions. The goal of this federation is to allow clients requesting acquisitions of large areas to easily access several constellations of satellites and communication sites to compose and download their acquisitions, in a reduced time compared to conventional uncoordinated requests. We identify several scientific tracks and challenges related to agent-based approaches such as coordination, planning and learning, to implement to two key federation functions: (i) multi-mission coverage feasibility and dispatching and (ii) communication site booking.Nous envisageons ici une couche de fédération multi-agents pour coordonner des systèmes composés de multiples missions d'observation de la Terre indépendantes. L'objectif de cette fédération est de permettre aux clients qui demandent des acquisitions de grandes zones d'accéder facilement à plusieurs constellations de satellites et de sites de communication pour composer et télécharger leurs acquisitions, en un temps réduit par rapport aux demandes conventionnelles non coordonnées. Nous identifions plusieurs pistes et défis scientifiques liés aux approches multi-agents, telles que la coordination, la planification et l'apprentissage, pour mettre en œuvre deux fonctionnalités clés de la fédération : la détermination de la faisabilité et la répartition de la charge sur des missions multiples pour la couverture de grandes zones, et la réservation de stations de communication