Le but de ce projet est d'obtenir et d'appliquer une méthodologie disponible dans la littérature pour quantifier les incertitudes sur les données expérimentales prises dans la soufflerie trisonique de Recherche et Développement pour la Défense Canada - Valcartier (RDDC Valcartier). La motivation de cette étude vient du fait que la qualité des mesures expérimentales joue un rôle très important dans le processus de développement de tout missile ou système d'armes à RDDC Valcartier. Nous constatons l'importance du sujet par les conférences organisées par des instituts de renommée dans le domaine de l'aérodynamique tels que l'American Institute of Aeronautics and Astronautic (AIAA) et l'Advisory Group for Aerospace Research & Development (AGARD). Ces organismes exigent que les résultats expérimentaux présentés incluent un estimé de leurs incertitudes. La présente étude est basée sur des essais existants dans la base de données de RODC Valcartier en prenant en compte l'instrumentation disponible au moment des essais et revue en fonction de ce qui est disponible ou des améliorations apportées au système au cours des années. Par cette analyse, il a été décidé d'appliquer la méthodologie choisie à un essai réalisé à Mach 3,5, considérant la grande disponibilité des données existantes. En relevant des données des essais antérieurs, nous avons observé que le fait d'avoir remplacé le système de séchage d'air par un autre plus performant faisait augmenter le nombre de Mach en régime supersonique. Cette variation du nombre de Mach est probablement due à la réduction de la condensation l'humidité dans l'air pendant son expansion dans la section d'essai et ce fait sera également exposé dans cette étude. En nous fondant sur des recommandations dans les références telles que [AIAA, 1990] et [Association Française de Normalisation (AFNOR), 2005], nous avons remarqué que l'incertitude estimée sur quelques grandeurs mesurables était anormalement élevée, et par conséquent, les paramètres calculés à partir de ces grandeurs aussi. Cette étude aura aussi révélé que la balance aérodynamique est l'élément critique qui apporte les plus grandes incertitudes expérimentales sur les paramètres aérodynamiques et qu'elle n'était pas adéquate pour la mesure de quelques composantes de force pour l'essai étudié. Enfin, nous avons donné plusieurs recommandations afin de réduire les incertitudes des mesures expérimentales à des niveaux plus acceptables.

Thèse de doctorat : sciences. Thermique et énergétique : Toulouse, ONERA : 2002. Thèse de doctorat : sciences. Thermique et énergétique : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2002. / 220 réf.

Thèse de doctorat : sciences. Thermique et énergétique : Toulouse, ONERA : 2002. Thèse de doctorat : sciences. Thermique et énergétique : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2002. / Titre provenant de l'écran-titre. 220 réf.

L'objectif de ce projet est d'effectuer la conception et la mise en opération de la nouvelle installation supersonique à haute température en cours de construction au centre de Recherche et développement pour la défense Canada -Valcartier (RDDC Valcartier). Les étapes ayant permis de mener ce projet à bien peuvent être divisées en deux catégories : design et expérimentations. La catégorie ± design ¿ regroupe les étapes de conception et d'usinage des divers éléments ayant été développés au cours de cette maîtrise. Une tuyère axisymétrique supersonique Mach 2.6 a été développée spécifiquement pour les essais de rodage de cette installation. Le design de la tuyère a requis le développement d'un code de calcul de son profil par la méthode des caractéristiques, quelques simulations numériques par mécanique des fluides numériques (MFN ou CFD en anglais), son usinage ainsi que son rodage sur l'installation. Les diverses techniques de mesures et de diagnostic choisies pour le rodage de l'installation ont également requis le design de quelques éléments. Combinant un râteau de tubes de Pitot, un coin de 10° de demi-angle et des prises de pressions statiques, une multisonde, a été conçue, validée sommairement par MFN, usinée, testée et améliorée. Les techniques de strioscopie ont quant à elles requis le design de supports de miroirs précis et stables, ainsi qu'un système de pont glissant pour la cellule d'essai. Quant à la catégorie expérimentation, elle regroupe tous les essais réalisés au cours de cette maîtrise. Certains des éléments, déjà en place à RDDC Valcartier au début de cette maîtrise, n'ont été mis en marche qu'au cours de cette maîtrise. Chaque élément conçu a été testé en phase de rodage. Cependant, pour des raisons de délais d'usinage, pratiquement chaque élément a été testé indépendamment des autres. Par exemple, les tests de pressions avec la multisonde n'ont pas pu être réalisés en même temps que les essais de strioscopie. Étant donné que certains éléments critiques de l'installation pour l'alimentation en air n'ont pas été reçus avant la fin de cette maîtrise, les conditions de design de la tuyère Mach 2.6 n'ont pu être atteintes. Combinant cela avec le fait que chaque élément a été testé indépendamment, il a été impossible d'effectuer un diagnostic valable de l'installation. Cependant, au final, la majorité des éléments de l'installation sont prêts pour leur utilisation. Certaines problématiques rencontrées lors de la mise en marche de l'installation ont trouvé des solutions, alors que d'autres doivent encore être trouvées. Le diagnostic final devra cependant attendre l'arrivée des derniers éléments.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique des fluides et Aérodynamique : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3945. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 255-258. Liste des publications et rapports.

Le processus d'érosion éolienne peut entraîner plusieurs conséquences environnementales: la désertification, la dégradation des sols, la pollution de l'air, etc. Cette dernière est liée aux émissions de particules de matériaux granulaires couramment trouvés sur des sites industriels tels que le minerai et le charbon. La distribution granulométrique de ces matériaux consiste habituellement en un mélange d'une large gamme de diamètres, qui comprennent des particules plus grosses qui ne sont pas érodables même avec de fortes rafales de vent. Les particules non érodables jouent un rôle protecteur pour les particules érodables, en recouvrant la surface et en réduisant ses émissions. L'objectif principal de cette thèse est d'estimer plus précisément les émissions dues à l'érosion éolienne compte tenu de l'influence du pavage causée par des particules non érodables. Un modèle analytique a été proposé pour quantifier les émissions des lits de particules et des tas de stockage avec une large distribution granulométrique. Les effets du processus de pavage sont incorporés dans le modèle par la diminution de la vitesse de frottement moyenne sur la surface érodable puisque les particules non érodables s'accumulent. Des travaux antérieurs ont défini une relation mathématique entre l'évolution de la vitesse de frottement sur la surface érodable et la géométrie des éléments de rugosité. Néanmoins, l’equation n'est valable que pour des taux de couverture de particules non érodables limités. Des simulations numériques ont été effectuées dans ce travail pour étendre cette relation afin d'inclure d'autres cas rencontrés dans des situations réelles (avec de plus grandes quantités de particules non érodables). Le modèle d'émission proposé décrit la relation entre la valeur minimale de la vitesse de frottement (à laquelle les émissions cessent), en tirant parti des résultats numériques, et la profondeur finale érodée du lit, qui fournit à son tour la masse émise. Des expériences en soufflerie ont été réalisées afin de mieux comprendre le phénomène de pavage et estimer les émissions d'un lit de particules contenant une distribution de taille bimodale. Les résultats expérimentaux ont également été utilisés pour valider la modélisation, y compris la masse émise globale et les caractéristiques finales de la surface du lit. Un bon accord a été trouvé entre les résultats expérimentaux et modélisés pour les émissions globales et la profondeur de lit érodé. Le modèle d'érosion a été étendu pour l'application dans les tas de stockage. Dans ce cas, l'érodabilité des particules est plus complexe, puisque la vitesse de frottement et les conditions de seuil ne sont pas spatialement homogènes. L'idée du modèle était de subdiviser le tas en isosurfaces dans lesquelles les conditions de seuil et la vitesse de frottement sont constantes, et traiter chacune de ces zones comme une source différente où le modèle d'émission peut être appliqué. Des expériences en soufflerie ont été réalisées afin d'estimer les émissions d'un tas de sable contenant une distribution de taille bimodale. Les résultats modélisés et expérimentaux ont été comparés pour la configuration d'un tas isolé et un bon accord a été trouvé entre la masse émise estimée et mesurée. L'impact de la présence d'un bâtiment et d'un tas de stockage parallèle successif sur l'émission globale de particules a également été évalué. Des expériences en soufflerie et des simulations numériques ont été effectuées pour plusieurs configurations, en évaluant les effets de: (i) l'orientation du vent, (ii) la vitesse du vent, (iii) la distance entre l'obstacles et (iv) la quantité de particules non érodables. Il a été constaté que les interférences de l'écoulement entre les obstacles augmentent les émissions. Par conséquent, toutes les perturbations du vent ont un impact significatif et doivent être prises en compte dans l'estimation et la modélisation des émissions de poussières. / Wind erosion process can lead to several environmental consequences: desertification, land degradation, air pollution, etc. This last one is related to particulate matter emissions from granular materials commonly found on industrial sites, such as ore and coal. The particle size distribution of these granular materials usually consist of a mixture of a wide range of diameters, which include larger particles that are non-erodible even with strong gusts of wind. The non-erodible particles play a protective role for erodible particles, paving the surface and reducing emissions. The main objective of this thesis is to estimate more accurately emissions due to wind erosion considering the influence of the pavement caused by non-erodible particles. An analytical model was proposed to quantify emissions from particle beds and stockpiles with a wide size distribution. The effects of pavement process are incorporated in the model through the decrease of the mean friction velocity on the erodible surface as the non-erodible particles accumulate. Previous works have defined a mathematical relation between the evolution of the friction velocity over the erodible surface and the geometry of the roughness elements. Nonetheless, the formulation was only valid to limited cover rates of non-erodible particles. Numerical simulations were carried out in this work to extend the formulation in order to include other cases encountered in real situations (with larger amounts of non-erodible particles). The proposed emission model describes the relationship between the minimum value of friction velocity (at which emissions cease), taking advantage of the numerical findings, and the final eroded depth of the bed, which in turn, provides the emitted mass. Wind tunnel experiments were carried out in order to better understand the pavement phenomenon and estimate emissions from a bed of particles containing a bimodal size distribution. The experimental results were also used to validate the modeling, including the global emitted mass and the final characteristics of the bed surface. A good agreement was found between experimental and modeled results for the global emissions and the bed eroded depth. The erosion model was extended for application in stockpiles. In this case, the erodibility of the particles is more complex as the friction velocity and the threshold conditions are not spatially homogeneous. The idea of the model was to subdivide the pile in isosurfaces in which the threshold conditions and the friction velocity are constant and then treat each one of these areas as a different source where the emission model can be applied. Wind tunnel experiments were carried out in order to estimate emissions from a sand pile containing a bimodal size distribution. The modeled and the experimental results were compared for the configuration of an isolated stockpile and a good agreement was found between the estimated and the measured emitted mass. The impact of the presence of a building and a successive parallel stockpiles on the overall particles emission was also evaluated. Wind tunnel experiments and numerical simulations were carried out for several configurations evaluating the effects of: (i) main wind flow orientation, (ii) wind flow velocity, (iii) gap between the obstacle and (iv) amount of non-erodible particles. It was found that the flow interferences between the obstacles increase emissions. Therefore, all wind perturbations have a significant impact and have to be accounted in dust emission estimation and modeling. / O processo de erosão eólica pode levar a várias consequências ambientais: desertificação, degradação da terra, poluição do ar, etc. Esta última está relacionada com as emissões de partículas provenientes de materiais granulares comumente encontrados em indústrias, como minério e carvão. A distribuição granulométrica destes materiais normalmente consiste em uma mistura com uma ampla gama de tamanhos, incluindo partículas maiores que não são erodíveis mesmo com fortes rajadas de vento. As partículas não erodíveis desempenham um papel protetor para as partículas erodíveis, pavimentando a superfície e reduzindo as emissões. O objetivo principal desta tese é estimar com maior acurácia as emissões devidas à erosão eólica considerando a influência da pavimentação causada pelas partículas não-erodíveis. Um modelo analítico foi proposto para quantificar as emissões de leitos de partículas e pilhas com ampla distribuição granulométrica. Os efeitos do processo da pavimentação são incorporados no modelo por meio da diminuição da velocidade de fricção média na superfície erodível à medida que as partículas nãoerodíveis se acumulam. Trabalhos anteriores definiram uma relação matemática entre a evolução da velocidade de fricção na superfície erodível e a geometria dos elementos rugosos. No entanto, a formulação é válida apenas para limitadas taxas de cobertura de partículas não-erodíveis (< 12%). Simulações numéricas foram realizadas neste trabalho para estender a formulação de modo a incluir outros casos encontrados em situações reais (com maiores quantidades de partículas nãoerodíveis). O modelo de emissão proposto descreve a relação entre o valor mínimo da velocidade de fricção (para qual as emissões cessam), utilizando os resultados numéricos, e a profundidade final erodida do leito, que, por sua vez, fornece a massa emitida. Experimentos em túnel de vento foram realizados para melhor compreender o fenômeno da pavimentação e estimar as emissões de um leito de partículas contendo uma distribuição granulométrica bimodal. Os resultados experimentais foram também utilizados para validar a modelagem, incluindo a massa global emitida e as características finais da superfície do leito. Uma boa concordância foi encontrada entre os resultados experimentais e modelados para as emissões globais e a profundidade erodida do leito. O modelo de erosão foi estendido para aplicação em pilhas de estocagem. Neste caso, a erodibilidade das partículas é mais complexa, uma vez que a velocidade de fricção e as condições de limiar não são espacialmente homogêneas. A ideia do modelo é subdividir a pilha em isosuperfícies em que as condições de limiar e a velocidade de fricção são constantes e, em seguida, tratar cada uma dessas áreas como uma fonte diferente onde o modelo de emissão pode ser aplicado. Foram realizados ensaios experimentais em túnel de vento para estimar as emissões de uma pilha de areia contendo uma distribuição de tamanho bimodal. Os resultados experimentais e modelados foram comparados para a configuração de uma pilha isolada (orientada 60 e 90° em relação a direção do escoamento) e uma boa concordância foi encontrada entre a massa estimada e a emitida. O impacto na emissão da presença de um edifício e de uma pilha de estocagem sucessiva também foi avaliado. Experimentos em túnel de vento e simulações numéricas foram realizados para várias configurações avaliando os efeitos de: (i) orientação do vento, (ii) velocidade do vento, (iii) espaçamento entre os obstáculos e (iv) quantidade de partículas não erodíveis. Verificou-se que as interferências do escoamento entre os obstáculos aumentam as emissões. Portanto, todas as perturbações no escoamento têm um impacto significativo e devem ser contabilizadas na estimativa e modelagem de emissões de partículas.

Laminar turbulent transition is known for a long time as a critical phenomenon influencing the thermal load encountered by hypersonic vehicle during their planetary re-entry trajectory. Despite the efforts made by several research laboratories all over the world, the prediction of transition remains inaccurate, leading to oversized thermal protection system and dramatic limitations of hypersonic vehicles performances. One of the reasons explaining the difficulties encountered in predicting transition is the wide variety of parameters playing a role in the phenomenon. Among these parameters, surface roughness is known to play a major role and has been investigated in the present thesis.<p><p>A wide bibliographic review describing the main parameters affecting transition and their coupling is proposed. The most popular roughness-induced transition predictions correlations are presented, insisting on the lack of physics included in these methods and the difficulties encountered in performing ground hypersonic transition experiments representative of real flight characteristics. This bibliographic review shows the importance of a better understanding of the physical phenomenon and of a wider experimental database, including real flight data, for the development of accurate prediction methods.<p><p>Based on the above conclusions, a hypersonic experimental test campaign is realized for the characterization of the flow field structure in the vicinity and in the wake of 3D roughness elements. This fundamental flat plate study is associated with numerical simulations for supporting the interpretation of experimental results and thus a better understanding of transition physics. Finally, a model is proposed in agreement with the wind tunnel observations and the bibliographic survey.<p><p>The second principal axis of the present study is the development of a hypersonic in-flight roughness-induced transition experiment in the frame of the European EXPERT program. These flight data, together with various wind tunnel measurements are very important for the development of a wide experimental database supporting the elaboration of future transition prediction methods. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The hypersonic laminar to turbulent transition problem above Mach 10 is addressed experimentally in the short duration VKI Longshot gun tunnel. Reentry conditions are partially duplicated in terms of Mach and Reynolds numbers. Pure nitrogen is used as a test gas with flow enthalpies sufficiently low to avoid its dissociation, thus approaching a perfect gas behavior. The stabilizing effects of Mach number and nosetip bluntness on the development of natural boundary layer disturbances are evaluated over a 7 degrees half-angle conical geometry without angle of attack. <p><p>Emphasis is initially placed on the flow characterization of the Longshot wind tunnel where these experiments are performed. Free-stream static pressure diagnostics are implemented in order to complete existing stagnation point pressure and heat flux measurements on a hemispherical probe. An alternative method used to determine accurate free-stream flow conditions is then derived following a rigorous theoretical approach coupled to the VKI Mutation thermo-chemical library. Resulting sensitivities of free-stream quantities to the experimental inputs are determined and the corresponding uncertainties are quantified and discussed. The benefits of this different approach are underlined, revealing the severe weaknesses of traditional methods based on the measurement of reservoir conditions and the following assumptions of an isentropic and adiabatic flow through the nozzle. The operational map of the Longshot wind tunnel is redefined accordingly. The practical limits associated with the onset of nitrogen flow condensation under non-equilibrium conditions are also accounted for. <p><p>Boundary layer transition experiments are then performed in this environment with free-stream Mach numbers ranging between 10-12. Instrumentation along the 800mm long conical model includes flush-mounted thermocouples and fast-response pressure sensors. Transition locations on sharp cones compare favorably with engineering correlations. A strong stabilizing effect of nosetip bluntness is reported and no transition reversal regime is observed for Re_RN<120000. Wavelet analysis of wall pressure traces denote the presence of inviscid instabilities belonging to Mack's second mode. An excellent agreement with Linear Stability Theory results is obtained from which the N-factor of the Longshot wind tunnel in these conditions is inferred. A novel Schlieren technique using a short duration laser light source is developed, allowing for high-quality flow visualization of the boundary layer disturbances. Comparisons of these measurement techniques between each other are finally reported, providing a detailed view of the transition process above Mach 10. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished