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Hacheur aérodynamique pour la pulsation d'écoulement de gaz
La présente invention concerne un dispositif d'écoulement pulsé. Plus
particulièrement l'invention concerne un dispositif d'écoulement d'un flux
supersonique. La dite invention se propose de fournir une solution technique
dans
les nombreux domaines où l'écoulement d'un gaz, ou d'un liquide, doit être
pulsé
pour les besoins du processus ou pour limiter la consommation et la taille des
moyens de pompage. Dans le cas d'écoulements obtenus par une tuyère de
Laval, il est possible de générer un jet supersonique uniforme à très basse
température (actuellement jusqu'à 20K) et stable sur des temps hydrodynamiques
compris entre 150 et 1000 microsecondes. Cette invention a pour but de
résoudre
des problèmes liés à l'utilisation d'outils aérodynamiques en recherche et
développement et procédés industriels.
La présente invention trouve son origine dans l'évolution d'un dispositif
expérimental dédié à l'étude des processus réactionnels et collisionnels et à
la
spectroscopie à basse température appelé CRESU[1 ](Cinétique de Réaction en
Ecoulement Supersonique Uniforme). Cette technique développée au milieu des
années 80 par B.R. Rowe est basée sur la génération d'un écoulement de gaz
continu, supersonique et uniforme qui constitue un véritable réacteur chimique
ultrafroid sans paroi. Elle consiste en l'utilisation d'une tuyère de Laval
(c.-à-d. un
profil axisymétrique composé d'un convergent et d'un divergent) associée à de
grandes capacités de pompage (33 000 m3/h) qui génèrent, par une détente
isentropique, un jet supersonique uniforme permettant d'atteindre des
températures très basses tout en restant en phase gazeuse. Les températures
accessibles sont comprises, actuellement, dans la gamme 15-300 K pour des
densités typiques allant de 1016 à 1017 cm-3. Un aspect essentiel de la
technique
CRESU est qu'elle permet de travailler dans des conditions d'équilibre
thermodynamique local (en particulier pour les états de rotation et de spin-
orbite).
Elle est aussi la seule permettant d'étudier les réactions neutre-neutre à
très
basses températures[2].
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Néanmoins, cette technique comme tous les procédés utilisant des écoulements
supersoniques, est confrontée à des inconvénients majeurs provenant de
l'exigence de travailler avec des débits importants, typiquement de l'ordre de
50
Standard Litre/min, afin de conserver un c ur isentropique stable suffisamment
longtemps. De ce fait, une grande capacité de pompage est indispensable pour
maintenir une faible pression dans la chambre de détente. Ce pompage important
entraîne une forte consommation de gaz qui rend difficile l'étude d'espèces
chimiques coûteuses ou issues d'une synthèse.
Pour répondre à cette problématique, la perspective de pulser l'écoulement
s'avère être une des meilleurs solutions. Amirav et al [3] ont décrit un
appareillage
en fente pulsée capable de générer un jet libre planaire pulsé dédié à l'étude
spectroscopique. Un jet libre se caractérise par la détente d'un gaz par un
simple
orifice dans un environnement à basse pression sans être confiné par les
parois
d'une tuyère. Ce type de jet est simple à mettre en place car il ne nécessite
pas la
mise au point de tuyères au profil sophistiqué. Suite à ces travaux, Kenny et
Woundenberg ont déposé un brevet[4] N 4 834 288 pour un appareil
fonctionnant
avec une fréquence de répétition de 12 Hz et une durée de pulsation de 120
microsecondes, basée sur la rotation de deux cylindres concentriques percés
d'une fente de 0,2 mm de largeur et de 35 mm de longueur. Ce système a la
possibilité d'être chauffé jusqu'à une température de 200 C. Cet appareillage
a
été utilisé pour des études de spectroscopie en absorption et/ou en LIF (Laser
Induced Fluorescence) sur des molécules organiques de grande taille[5].
L'utilisation de jet supersonique pour la spectroscopie est une méthode très
répandue car elle permet de décongestionner les spectres par la relaxation des
différents degrés de liberté des molécules. En effet, la mise en mouvement des
molécules transforme l'énergie thermique en énergie cinétique dirigée ce qui
entraine un abaissement de la température translationnelle et un resserrement
de
la distribution en vitesse des molécules. On assiste à une thermalisation par
collision des états rotationnels et vibrationnels par transfert d'énergie vers
la
translation. Ces transfert d'énergie sont extrêmement rapides et permettent
aux
différents degrés de liberté, dans la première phase de la détente où les
chocs
sont nombreux, de s'équilibrer se traduisant par la thermalisation des
différents
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états. La grande simplification spectrale induite dans les écoulements
supersoniques, surtout dans le cas de spectre de molécules polyatomiques
complexes, en ont fait un outil très populaire chez les spectroscopistes.
Un autre brevet N 5 295 509, déposé par Suto et al [6] décrit un système de
tuyère pulsée adapté à l'étude des réactions à basses températures et à
l'utilisation de fort débit sans réduction des vitesses de pulsation. Ce
système
utilise deux membranes percées de multiples fentes où deux actionneurs
piézoélectriques alimentés par un générateur de pulsation permettent de
déplacer
l'une des membranes. Ceci conduit au passage ou non du gaz dans la tuyère lors
de l'alignement des fentes.
Okada et Takeuchi [7] ont développé un jet supersonique planaire pulsé
utilisant
un dispositif d'arbre à cames pour pulser l'injection de gaz dans le réservoir
de la
tuyère. Avec une épaisseur au col de 3 mm et une longueur de 500 mm pour une
durée de pulse minimum de 25 ms, ce type d'instrument a été utilisé lors
d'études
spectroscopiques, le caractère planaire permettant d'augmenter le trajet
optique et
donc le nombre de molécules absorbantes.
Le CEA a également proposé un type de système pulsé (brevet N 7 093 774 B2)
par l'invention de Martin [8] dans le but de permettre l'injection de matière
dans
une installation d'étude des plasmas de fusion thermonucléaire sur un principe
de
fermeture par un piston mise en mouvement par compression. Les données
techniques ont montré que ce système autorisait une ouverture de soupape d'une
durée de 2 ms à une fréquence de fonctionnement de 10 Hz.
Le premier système visant à reproduire la technique CRESU dans une version
pulsée a été développé par D. B. Atkinson et M. A Smith [9] et réside en un
remplissage périodique du réservoir via des vannes pulsées commerciales. Cinq
autres moyens d'essais sur ce principe ont été développés au niveau
international
(M. Smith, Tucson, USA; S. Leone, Université de Berkeley, USA; J. Troe,
Université de Goettingen, Allemagne; M. Pilling, Université de Leeds, GB ou à
haute pression M. Costes, Université de Bordeaux). Ces moyens d'essais restent
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néanmoins limités en température et ne sont en général opérationnels qu'au
dessus de 50 K.
Depuis son invention dans les années 80, la technique CRESU ainsi que ses
versions pulsées ont apporté une forte contribution dans le domaine de la
réactivité en phase gaz des milieux extrêmes[10-12]. Elles se sont également
inscrites comme des outils aérodynamiques remarquables et au fort potentiel
dans
de nombreux domaines réclamant le recours à des écoulements à importants flux
de gaz à haute vitesse. Malgré cela, aucune réelle adaptation complète du
système CRESU n'a vu le jour pour permettre une forte démocratisation de la
technique et sa transposition vers d'autres champs d'application.
Toutes les inventions précédemment citées ont en commun une difficulté
fondamentale d'établir des conditions non stationnaires strictement identiques
à
celles de l'écoulement stationnaire en raison du temps de remplissage du
réservoir. Typiquement, les dispositifs cités ci-dessus ne permettent pas
d'obtenir
un écoulement uniforme avec des conditions de pression et de débit
d'alimentation de la tuyère stables sans consommation excessive de gaz ; le
réservoir devant être régulièrement rempli, il ne peut alimenter l'écoulement
en
conservant des conditions d'injection dans le dispositif stables.
Pour atteindre le point de fonctionnement de la tuyère (c.-à-d. les conditions
de
pression et de débit stable conduisant un écoulement uniforme) dans un temps
raisonnable, actuellement entre 5 et 10 ms, la solution consiste à réduire la
taille
de réservoirs (_1 cm). Une telle solution impose une préparation à l'avance
des
mélanges de gaz à injecter ainsi que leur conditionnement dans un pré-
réservoir
dans des quantités limitées. De plus cette solution induit des perturbations
d'écoulement, les conditions génératrices du réservoir n'étant plus clairement
définis du fait des forts gradients de vitesse dans le petit réservoir. Le
système à
cylindres de Kenny et Woudenberg [4] présente une géométrie difficilement
transposable dans la plupart des applications.
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Le dispositif selon l'invention a pour but de conserver des conditions de
pression
et de débit du réservoir stables tout en produisant un écoulement uniforme et
ce
sans limiter la taille du réservoir. Le dispositif selon l'invention a en
outre pour
objectif de ne pas avoir à préparer et conditionner à l'avance dans des pré-
réservoirs les mélanges de gaz à injecter.
L'invention a donc pour objet un dispositif d'écoulement pulsé comportant une
injection continue dans le dispositif alimentée par un réservoir, un moyen
d'obstruction de l'écoulement, le moyen d'obstruction étant combiné à un
système
d'étanchéité dynamique de manière étanche autour de l'écoulement, caractérisé
en ce que le moyen d'obstruction ouvre et ferme par obstruction l'écoulement à
des fréquences élevées.
Le dispositif selon l'invention se propose de pulser les écoulements
supersoniques
par un obturateur mécanique de type hacheur sur une section d'écoulement sans
avoir recours à l'injection pulsée dans le réservoir ce qui permet, à
fréquence
d'obturation suffisamment élevée, d'obtenir un régime pseudo stationnaire pour
tous les réglages de débits.
Le principe de fonctionnement général consiste à pulser l'écoulement par
l'obturation de la section de passage du gaz ou du liquide via un moyen
d'obstruction, par exemple un disque rigide perforé tournant à grande vitesse.
Dans le cas d'une tuyère de Laval, le système est installé sur le divergent,
la
position exacte dépendant de la géométrie de la tuyère. La fréquence de
rotation
est telle que les conditions de réservoir restent inchangées (Po, To) quand le
système atteint un régime pseudo-stationnaire. Ce dispositif permet de réduire
fortement le débit moyen à injecter dans le réservoir et ainsi de réduire dans
les
mêmes proportions les capacités de pompage nécessaires pour conserver une
basse pression dans la chambre de détente. De plus, le dispositif selon
l'invention
n'est pas sujet à des perturbations d'écoulement telles que celles présentes
dans
l'état de la technique.
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Dans une variante de l'invention le moyen d'obstruction est un disque
mécanique
rotatif ou à mouvement alternatif permettant d'ouvrir et de fermer
l'écoulement.
Avantageusement, dans un perfectionnement, l'axe de rotation du disque ne
passe pas par un axe d'écoulement du flux, le disque comportant un trou, une
rotation du disque amenant alternativement une partie pleine du disque et
ledit
trou en regard de l'écoulement. Le disque comporte en outre une coupe dans un
bord dudit disque, ledit bord étant opposé au trou par rapport au centre du
disque.
Le trou est préférentiellement de forme oblongue dans ce perfectionnement.
Avantageusement, le système d'étanchéité dynamique comporte un joint
principal,
un joint secondaire, une bague amont et un joint compensant les variations de
mouvement du hacheur garantissant les conditions de contact entre le hacheur
et
les composants mécaniques profilant l'écoulement.
Un mode de réalisation prévoit que les géométries du système d'étanchéité
dynamique et du moyen d'obstruction sont adaptées aux tuyères de Laval,
permettant en particulier la conservation des propriétés d'uniformité des
écoulements.
Un autre mode de réalisation prévoit que les géométries du système
d'étanchéité
dynamique et du moyen d'obstruction sont adaptées aux tuyères de formes
planaires et axisymétriques.
Dans une variante, le moyen d'obstruction est une plaque plane en mouvement
alternatif.
L'invention a aussi pour objet une utilisation d'un dispositif d'écoulement
pulsé de
gaz selon l'invention comme fenêtres aérodynamiques ou pour protéger des
éléments de passage optiques du type fenêtre optique.
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Un mode d'utilisation particulier de l'invention prévoit l'utilisation du
dispositif selon
l'invention afin de générer des écoulements à très basses températures.
La présente invention est maintenant décrite à l'aide d'exemples uniquement
illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l'invention, et à partir
des
illustrations ci-jointes, dans lesquelles :
- La figure 1 représente une vue en perspective schématique comportant une
partie en transparence d'un dispositif selon l'invention ;
- La figure 2 représente une vue en coupe transversale d'un dispositif selon
l'invention ;
- La figure 3 représente une comparaison des différentes techniques utilisées
pour caractériser, en température, le jet pulsé obtenu à l'aide du hacheur
aérodynamique ;
- La figure 4 montre un spectre rovibronique du radical CN obtenu par LIF
(Laser Induced Fluorescence en anglais) et utilisé pour déterminer la
température rotationnelle de l'écoulement.
La figure 1 représente une vue en perspective schématique comportant une
partie
en transparence d'un dispositif selon l'invention
Les dimensions données ci après le sont à titre d'exemple et ne sont nullement
limitatives de la portée de l'invention, pouvant être adaptées par l'homme de
l'art
en fonction des applications. L'exemple donné ci-dessous est donné pour un
écoulement pulsé de gaz, mais l'invention s'applique de manière identique à un
écoulement d'un autre type qu'un écoulement pulsé de gaz, par exemple un
écoulement de liquide.
Le dispositif comprend une partie 22 dite partie principale 22, un système 21
de
hachage et un réservoir 23 à l'origine de l'injection de gaz dans le
dispositif
d'écoulement.
Le système 21 de hachage est supporté par la partie principale 22 et comprend
un
hacheur 3, ou disque ou tout autre moyen d'obstruction à ouverture
alternative.
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Ladite partie principale 22 est fixée sur un réservoir 23, ledit réservoir
étant à
l'origine de l'injection dans le dispositif d'écoulement de gaz ou tout autre
élément
devant être pulsé. Cette partie principale 22 est constituée de deux supports
principaux 1 et 2 rigides de forme circulaire ayant par exemple un diamètre
340
mm et une épaisseur 20 mm. Ces supports 1 et 2 sont en regard l'un de l'autre.
Dans le cas d'une tuyère de Laval, les centres respectifs des supports
principaux
1 et 2 sont percés pour accueillir des socles 12 et 19 contenant les profils
convergents et divergents des tuyères 13 et 18. A une distance de 90 mm des
centres des supports principaux 1 et 2, un alésage 24 avec butée est usiné
afin de
recevoir les roulements utilisés pour la rotation de l'axe du hacheur 3. A 140
mm
des centres des supports principaux 1 et 2, deux trous sont percés, destinés à
recevoir des roulements à douille 4 dans lesquelles viendront se positionner
deux
grands axes 5 montés sur le réservoir 23.
La partie principale 22 est montée sur le réservoir 23 de gaz par
l'intermédiaire
des deux axes 5. Plus particulièrement, la partie principale 22 est montée par
coulissement sur ces axes 5 afin d'être raccordée au réservoir 23. Le montage
par
coulissement permet un déplacement de la partie principale 22 le long de ces
axes 5 et un dégagement facilité de ladite partie principale 22 du réservoir
23 ainsi
qu'un changement aisé de ladite partie principale 22 et/ou de la tuyère 13
et/ou
18 en fonction des besoins d'utilisation. . Sur chacun des supports principaux
1 et
2, se trouvent également, à 85 mm du centre desdits supports principaux 1 et
2,
deux empreintes consacrées au logement d'un système de guidage 6 à roulement
du hacheur 3. Ce système de guidage 6 évite toute déviation du hacheur 3
lorsque
ce dernier est en rotation. Le réglage du guidage 6 est effectué par des vis
micrométriques fixées sur les supports 1 et2 qui viennent pousser les montures
des roulements, le contre rappel étant assuré par des ressorts.
Les deux supports 1 et 2 sont montés face à face grâce à trois colonnes de
positionnement 7)de 20mm de diamètre, lesdites colonnes 7 étant par exemple
emboîtées dans les faces 25 des supports principaux respectivement 1 et 2 en
vis-
à-vis l'une de l'autre. Cet agencement permet le parallélisme et l'alignement
entre
les deux supports 1 et 2. La distance entre les deux supports 1 et 2 est
minimisée
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pour optimiser la précision des réglages. Enfin, le support principal 2 dédié
à la
partie divergente de la tuyère 18 reçoit les fixations du moteur 8 entraînant
le
hacheur 3.
Le hacheur 3 se présente sous la forme d'un disque 3. Le diamètre du hacheur 3
est de 240 mm, pour une épaisseur de 1 à 2 mm. Un trou oblong 26 de longueur
d'arc variable et de diamètre 12 mm est agencé à 90 mm du centre du hacheur 3.
Une découpe est réalisée sur un bord 27 opposé au trou oblong 26 par rapport
au centre du hacheur 3. Cette découpe permet d'équilibrer le disque 3 malgré
la
présence du trou oblong 26. Ce maintien de l'équilibre évite le balourd et les
vibrations du disque 3 à haute vitesse de rotation. Il est à préciser que
toutes les
côtes fournies ne sont qu'indicatives et dépendent évidemment du
dimensionnement de l'installation et des performances désirées. Typiquement,
le
hacheur 3 est tel que l'axe de rotation dudit hacheur est parallèle à
l'écoulement et
ne passe pas par ledit écoulement. Le trou 26 du hacheur est situé à une
distance
du centre égale à une distance séparant le centre du hacheur 3 de l'écoulement
du gaz. Cette distance est en effet adaptée pour assurer une mise en regard
alternative du trou avec l'axe de l'écoulement. La découpe en bord dudit
hacheur
3 est réalisée afin d'équilibrer la rotation du hacheur. La découpe est
agencée à
l'opposé du trou par rapport au centre du hacheur 3.
La figure 2 représente une vue en coupe transversale d'un dispositif selon
l'invention
Suivant le principe de fonctionnement rappelé ci-après, le hacheur 3 tourne
entre
la partie convergente (12,13) et divergente (18,19) de la tuyère. Pour éviter
la
rupture de profil qui conduirait à détruire les caractéristiques de
l'écoulement, le
hacheur 3 est de préférence mince et parfaitement plan. Le hacheur 3 peut être
monobloc, en verre ou en céramique. Une autre solution est d'utiliser un
disque 3
composés d'une partie métallique (Inox, Aluminium, ...) recouverte d'un dépôt
de
Téflon pur ou chargé, de PFA ou d'une matière composite, dont les propriétés
sont un compromis entre bon coefficient de frottement et une importante tenue
à
l'usure. Dans certains cas, la solution d'un collage de plusieurs couches est
à
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retenir car elle permet de cumuler les propriétés des constituants et d'éviter
les
déformations dues au procédé de dépôt.
Sur la partie principale 22, le hacheur 3 est maintenu entre deux pièces
cylindriques de fixation 9 et 10. Les deux pièces de fixation 9 et 10 sont
alésées
en leur centre. Un axe de transmission 11 coopérant avec le hacheur 3 est
inséré
dans ces alésages 9 et 10. Les alésages 9 et 10 et l'arbre 11 sont ajustés
finement pour permettre la translation avec un jeu réduit de tout le hacheur 3
et
autoriser le positionnement entre le convergent (12,13) et le divergent
(18,19) de
la tuyère, ainsi qu'un démontage facilité du système 21 de hachage.
Un premier élément, nommé socle convergent 12, comporte des griffes de serrage
28. Ces griffes de serrage 28 coopèrent avec le réservoir 23 afin d'assurer le
montage de la partie principale 22 sur le réservoir 23. Le socle convergeant
12
comporte un logement complémentaire de la partie amont 13 de la tuyère, ledit
logement est apte à recevoir ladite partie amont 13 de la tuyère. Ce mécanisme
trouve son utilité lors du changement de tuyère car il est alors aisé de
remplacer
un profil sans démonter tout le système. Le socle convergent 12 s'insère dans
le
support principal 1 par l'alésage central et est fixé par vissage. Dans ce
socle 12,
on vient positionner la tuyère 13 qui sous l'effet de la pression amont et de
ressorts de compression, vient se mettre en butée sur le socle convergent 12
assurant l'étanchéité entre le réservoir 22 et la chambre de détente grâce à
un où
deux joints 14 sur le plus petit diamètre de la partie amont de la tuyère 13.
C'est au sein de la partie amont de la tuyère 13 qu'est embarqué le c ur du
système d'étanchéité du dispositif. Un tel système d'étanchéité peut être
comme
décrit ci-après ou de n'importe quel type connu de l'homme du métier. Ce
système
d'étanchéité permet d'assurer une étanchéité dans le dispositif malgré la
présence
du hacheur 3 et assure ainsi que les conditions de pression et de débit ne
soient
pas perturbées par un défaut d'étanchéité. Le principe de base utilisé pour
assurer
une bonne étanchéité repose sur des joints 15, 16 et 20 en régime dynamique
avec frottement, c'est-à-dire en contact avec le hacheur 3 en rotation tout en
assurant une bonne étanchéité.
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La solution technique consiste à utiliser des joints mobiles 15, 16 et 20 se
positionnant en butée sur le disque 3. Pour ce faire, on réalise, sur la
partie amont
de la tuyère 13 au plus près du profil, une empreinte destinée à recevoir une
bague en bronze 17 sur laquelle sera monté le joint d'étanchéité principal 15.
Cette bague 17 porte le joint hacheur principal 15 en contact avec le disque
3.
Aussi, pour réduire les fuites indirectes par l'intérieur du logement de la
bague 17,
on adjoint sur son axe intérieur le joint hacheur secondaire 16. La force de
contact, qui conditionne l'étanchéité et le moment de freinage appliqué sur le
disque 3, est réglée par un jeu de ressorts de différentes rigidités.
Une étanchéité est assurée dans la partie divergente de la tuyère de manière
assez similaire à l'étanchéité décrite ci-dessus : elle intègre la partie
divergente de
la tuyère 18 et son socle 19 de fixation sur le support principal 2, suivant
le même
principe que précédemment. Dans ce cas, la tuyère 18 n'est pas mobile, elle
est
simplement fixée en butée sur le socle divergent 19 par vissage. Dans cette
partie
en aval du disque, les besoins d'étanchéité n'existent plus. Cependant, en
position
fermée, la différence de pression entre le réservoir et la chambre, conduit à
l'application d'une force sur le hacheur qui peut alors se voiler. Le même
type de
joint mobile 20 que sur la partie amont de la tuyère est donc utilisé.
De plus, il est à noter l'installation sur la tranche du support principal 2
en face du
hacheur 3, d'une pièce destinée à recevoir une fourche optique constituée d'un
émetteur et récepteur infrarouge. Un orifice est percé sur le hacheur 3 face
au
capteur optoélectronique dans une position correspondante au début de
l'ouverture de la tuyère. En fonctionnement, le signal recueilli est utilisé
pour
calculer la vitesse de rotation du disque 3. De manière générale, ce signal
est
exploité en tant que commande pilotant tout autre type de système synchronisé
au
Hacheur aérodynamique comme, par exemple, le déclenchement de tirs lasers.
En fonctionnement, le réservoir 23 comporte un gaz sous pression à une
certaine
température. Ce réservoir 23 alimente la partie principale 22, et plus
particulièrement la tuyère amont 13 avec un certain débit. Le hacheur 3 subit
une
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rotation à haute fréquence. Cette rotation à haute fréquence du hacheur 3
alternativement libère et obstrue, à ladite haute fréquence, l'écoulement
selon que
le trou oblong 26 respectivement est ou n'est pas en vis-à-vis de
l'écoulement.
Cette obstruction à haute fréquence de l'écoulement par le hacheur 3, par
exemple sur une plage de fréquences allant de 10 à 100Hz, permet d'obtenir un
écoulement pulsé tout en conservant les conditions de pression et de
température
du réservoir 23, le réservoir 23 n'ayant pas à avoir une taille réduite ni à
être
rempli en cours d'utilisation. Les exemples ci après donnent des exemples de
valeurs et mesures de fonctionnement ou pouvant être obtenues par le
dispositif
selon l'invention.
Les premiers tests ont été réalisés en utilisant le profil d'une tuyère de
Laval
fonctionnant en mode continu avec les caractéristiques suivantes : une
température moyenne d'écoulement de 24K sur une distance d'uniformité de 33
cm (196 s), un débit instantané de 100 Standard litres/min, une pression de
réservoir de 336 mbar et une pression de chambre de 0.63 mbar. Les essais
réalisés à l'aide du hacheur aérodynamique ont permis de générer un écoulement
pulsé, stable sur une distance de 45 cm (266 s) à la température de 22K, à
une
fréquence de pulsation allant jusqu'à 20 Hz pour des impulsions d'une durée de
8
ms. On peut constater que le passage au mode pulsé (disque tournant à 10 Hz) a
permis une réduction en débit de gaz d'un facteur 8 (de 100 S.I.m-1 en continu
à
12 S.I.m-1 en pulsé). Il est dorénavant possible de faire fonctionner cette
tuyère
avec une capacité de pompage de - 1300m3/h alors qu'elle nécessitait - 10 400
m3/h en CRESU continu.
La figure 3 représente une comparaison de différentes techniques utilisées
pour
caractériser, en température, le jet pulsé obtenu à l'aide du dispositif selon
l'invention:
(Sur la figure 3, le zéro de l'axe des abscisses correspond à la sortie de la
tuyère
de Laval)
^ La courbe (a) illustre les résultats issus d'une simulation numérique de
type
résolution en temps des équations de Navier Stokes en 2-D pour ce profil
de tuyère.
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^ La courbe (b) expose les résultats issus de mesure de pression d'impact en
tube de Pitot à différentes positions dans l'axe de la tuyère. La
particularité
de ces mesures Pitot émane du fait que chaque point de la courbe de
pression d'impact est obtenu en prenant une valeur moyenne du maximum
sur le plateau de courbes représentant l'impulsion de pression d'impact en
fonction du temps, identique à celles des figures (e) et (f).
= Les points (c) représentent des mesures de température rotationnelle
obtenues par spectroscopie du radical CN (étude de la distribution de
population de la branche R du spectre) en fonction de la position de la
tuyère.
^ Les points (d) représentent des mesures de température rotationnelle
obtenues par spectroscopie du radical CN (étude de la distribution de
population de la branche P du spectre) en fonction de la position de la
tuyère.
= Les graphiques (e) et (f) montrent des impulsions de pression d'impact à
différentes positions (le temps en milliseconde est représenté en abscisse).
La figure 4 montre un spectre rovibronique du radical CN obtenu par LIF (Laser
Induced Fluorescence) et utilisé pour déterminer la température rotationnelle
de
l'écoulement.
Les résultats exposés démontrent un excellent accord entre le jet obtenu en
mode
pulsé à partir du hacheur aérodynamique comparé à celui issu d'un écoulement
CRESU classique.
La qualité des écoulements obtenus par ce dispositif est excellente car bien
établis sur des temps allant de la centaine de microseconde à la milliseconde.
Elle
peut même être supérieure au cas stationnaire par réduction des turbulences
dans
le réservoir. Diverses modifications peuvent être apportées au hacheur
aérodynamique, en vue de son adaptation à une géométrie différente de celle
d'une tuyère de Laval ou à des besoins de réduction en taille du système. La
description donnée constitue une base à la solution technique et un exemple
non
limitatif par rapport aux côtes du système et aux matériaux utilisés.
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L'invention est un appareillage indépendant et compact qui se fixe sur le
réservoir
d'une installation globale, ce qui la rend facilement transportable et
adaptable.
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