Mesures physiques
Diagnostics optiques
Spectroscopie d'absorption à diode laser infrarouge (TDLAS)
La technique de spectroscopie d'absorption à diode laser infrarouge (TDLAS) est un moyen puissant pour diagnostiquer les écoulements à haute enthalpie générés dans des souffleries à arc (Onera-F4) ou dans des tubes à choc (DLR-HEG). La figure 1 suivante montre le principe de cette mesure.
Figure 1
Principe de la spectroscopie d'absorption à diode laser
Le faisceau laser est mis à un angle theta ~ 60° par rapport à l'axe de l'écoulement (Figure 1) de façon à rendre apparent un décalage Doppler dans la position des raies d'absorption. La mesure de ce décalage permet de déduire la vitesse de l'écoulement libre qui est un des paramètres prioritaires à mesurer pour étalonner ces souffleries.
Des diodes lasers à sel de plomb émettant autour de 5 µm sont utilisées pour bénéficier des fortes absorptions des raies fondamentales des espèces NO, CO, CO2 présentes autour de cette longueur d'onde (Figure 2). L'émission laser est très fine spectralement (~ 10 -4 cm-1) ce qui permet de mesurer, sans correction de fonction d'appareil, l'élargissement thermique ou collisionnel et le décalage Doppler d'une raie moléculaire pour en déduire la température, pression et vitesse du gaz en étude.
Figure 2
Couverture spectrales des diodes lasers utilisées
comparée raies d'absorption fondamentales
de quelques espèces présentes dans des écoulements hypersoniques
Cette technique ne donne que des mesures intégrées ou moyennées sur le trajet du faisceau laser. Ces mesures ne sont donc valables que dans l'écoulement libre où les profils transverses (de densité, vitesse, température, ...) sont supposés être constants, ce qui est le cas dans les souffleries sondées. Les mesures intégrées amènent aussi l'avantage d'un excellent rapport signal sur bruit ce qui permet d'accroitre la cadence des mesures. Ceci est très intéressant pour suivre les évolutions temporelles des parametres des écoulements fortement transitoires issus des souffleries hyperenthalpiques où les temps caractéristiques sont de l'ordre de 1 ms pour F4 et 0.1 ms pour HEG. Les Figures 4 and 5 montrent des évolution typiques des paramètres mesurés par la DLAS pour des tirs à F4 et HEG (mesures sur une raie d'absorption de NO vers 5.4 µm).
Figure 2
Mesures TDLAS à F4
Figure 2
Mesures TDLAS dans le tube à choc HEG du DLR
La comparaison avec les résultats des calculs de simulation aérodynamiques amènent à des conclusions similaires pour les deux souffleries F4 et HEG pour la partie utile d'une rafale :
- la vitesse mesurée correspond à 10% près à la valeur calculée
- la temperature mesurée est sytématiquement plus élévée que la correspondante issue des calculs.
