Bienvenue à l'Onera, le centre français de recherche aérospatiale
Bienvenue à l'Onera, le centre français de recherche aérospatiale |
|
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 Images de scienceLa DGV ou la photographie des vitesses par laser
Pour rendre visibles les mouvements de l'air, l’écoulement dans la soufflerie a été ensemencé avec de très fines particules submicroniques, et éclairé par un plan laser. Ces particules suivent les lignes de champ du tourbillon, et diffusent la lumière laser jusqu’à la caméra. Ce cliché a été obtenu dans le cadre du développement d ela technique de vélocimétrie globale à effet Doppler (DGV, pour Doppler Global Velocimetry). La DGV permet d’établir la vitesse de l’écoulement en tous points de la zone éclairée par le laser et d’en dresser la cartographie (voir ci-dessous).
Principe de la mesureIl existe un écart de fréquence Df entre l’onde incidente (fo) sur une particule en mouvement et l’onde que celle-ci diffuse (f1), fonction de sa vitesse de déplacement. C’est ce qu’on appelle « l’effet Doppler ». La technique de la DGV permet de déterminer cet écart en fréquence Df. On pourra donc accéder à une composante de la vitesse (|VR-E|).
Grâce à un système optique et informatique basé sur deux caméras CCD et un gaz (de la vapeur d'iode) dont une des fréquences d'absorption est proche de celle du faisceau incident, on peut faire correspondre le décalage en fréquence Df à une variation de transmission lumineuse DT.
La première caméra enregistre directement la lumière diffusée par le plan après la séparation du faisceau en deux. La deuxième enregistre l'autre moitié du faisceau après passage dans une cuve remplie d’iode en phase gazeuse. On exploite les propriétés d’absorption de l'iode pour différencier les fréquences émise et diffusée. Les intensités de la deuxième image rapportée à la première, dite de référence, fournissent en chaque point de l’image de quoi construire une carte de transmission.
Pour que cette méthode fonctionne, il faut que la fréquence de la source laser soit ajustée sur un front, montant ou descendant, d'une bande d'absorption de l'iode. Les Df (f1-f0) sont alors déduits des écarts entre transmission de la lumière diffusée et transmission de la lumière émise. Pour mesurer les 3 composantes de la vitesse par cette méthode, il faut soit observer la même nappe laser avec 3 systèmes optiques depuis des directions différentes pour faire varier le vecteur R, soit générer successivement trois nappes laser coplanaires (pour faire varier le vecteur E), observées par un seul ensemble optique.
La DGV aujourd'huiCette méthode - DGV - est aujourd'hui en concurrence avec une autre méthode de vélocimétrie, qui n'utilise pas les propriétés de cohérence de la lumière laser : la PIV, ou Vélocimétrie par images de particules*. La PIV, plus économique et moins complexe à mettre en oeuvre, nécessite quant à elle de puissants calculateurs. Toutefois, pour certains usages, la DGV a des atouts décisifs : mesures ponctuelles à haute cadence, mesure de vitesses de gouttelettes dans un système d'injection, haut supersonique à trois composantes... Par ailleurs la DGV est une technique riche d'enseignements et garde un intérêt pédagogique auprès des étudiants.
Article écrit avec le concours de Christine Lempereur, ingénieure au département Modèles pour l'aérodynamique et l'énergétique à Toulouse. |
 |
 Images et vidéos
Méthodes de mesure en aérodynamique La PIV pour l'aérodynamique appliquée Le département
|
 |
 |
 |
|  |
|
Mis à jour le 20 septembre 2010 - © ONERA 2010 - Crédits et conditions d'utilisation |
