"Développement d'un instrument de mesure basée sur la FFE (Fluorescence par Faisceau d'Electrons) pour la caractérisation d'écoulements hypersoniques de basses densités en aérodynamique de rentrée" Babacar DIOP - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2011

"Development of a compact Electron Beam Fluorescence (EBF) instrument for low density flows characterization" Babacar DIOP

"Développement d'un instrument de mesure basée sur la FFE (Fluorescence par Faisceau d'Electrons) pour la caractérisation d'écoulements hypersoniques de basses densités en aérodynamique de rentrée" Babacar DIOP

Babacar Diop
  • Function : Author
  • PersonId : 764416
  • IdRef : 225435241

Abstract

The objective of this research was to develop a new prototype compact and miniaturized measuring instrument based on the technique of Electron Beam Fluorescence (EBF) This instrument is an electron gun for the characterization of low density hypersonic flows in flight in atmospheric reentry demonstrator. The parameters to be measured are the rotational temperature (TR), vibrational temperature (TV) and densities of species such as N2 and NO for earth atmosphere re-entry and N2, CO, CO2 for Mars atmosphere entry. The first part of this study was devoted to the design of a prototype instrument for an onboard experience. We have chosen the components with technical specifications consistent with the specifications of a typical space instrument. Qualification tests and stability of the electron beam have been achieved in a vacuum chamber with a static gas. This has allowed validating the operation of an electron gun of the order of 20 keV with a beam current of 1 mA propagating over a distance of 30 cm with low dispersion for pressures lower than mbar. The prototype was tested with different gases and mixtures to define and validate a dispersion model. Two series of measurements in wind tunnel (CNRS- MARHy and ONERA -F4 facilities) were used to validate the proper functioning of the prototype vacuum and / or flow conditions. Spectroscopic analysis was used to validate the simulation codes and inversion of spectra which can be traced back to the densities and temperatures of vibration and rotation in a freeflowing and in the presence of a shock wave. A spectroscopic analysis has validated the simulation and spectra inversion codes by the identification of most of the vibrational and rotational systems coming from electronic transitions, vibrational and rotational of different gases and associated species. It allows tracing back the densities and temperatures of vibration and rotation in a free-stream and behind a shock wave.
Ces travaux de recherche ont consisté à mettre au point un nouveau prototype compact et miniaturisé d'instrument de mesure basée sur la technique de Fluorescence par Faisceau d'Electrons (FFE). Cet instrument est un canon à électrons destiné à la caractérisation d'écoulements hypersoniques à basses densités en vol à bord de démonstrateurs de rentrée atmosphérique. Les paramètres à mesurer sont les températures de rotation (TR), de vibration (TV) et les densités d'espèces telles que N2 et NO pour une rentrée atmosphérique terrestre et N2, CO, CO2 pour une rentrée atmosphérique martienne. La première partie de cette étude a été consacrée à la conception du prototype de canon à électrons destiné à des mesures embarquées. Nous avons ainsi choisi les différents composants avec des spécifications techniques compatibles avec un cahier des charges typique d'un instrument spatial. Les tests de qualification et de stabilité du faisceau d'électrons ont été réalisés en caisson à vide dans un gaz statique, ce qui a permis une première validation du fonctionnement du canon à électrons de 20 keV avec un courant de faisceau de 1 mA se propageant sur une distance de 30 cm avec peu de dispersion pour des pressions inférieures au millibar. Le prototype a été testé sur différents gaz et mélanges afin de mettre au point un modèle de dispersion. Deux campagnes de mesures en soufflerie aérodynamique (CNRS MARHy et ONERA F4) ont permis de valider le bon fonctionnement du prototype sous vide et/ ou en conditions d'écoulement libre et en présence d'une onde de choc. Une analyse spectroscopique a permis de valider les codes de simulation et d'inversion de spectres et d'identifier la majeure partie des systèmes vibrationnels et rotationnels issus des transitions électroniques, vibrationnelles et rotationnelles de N2, CO et CO2 et des espèces ionisées associées.
Fichier principal
Vignette du fichier
These_Babacar_DIOP_version_2.pdf (13.74 Mo) Télécharger le fichier
Loading...

Dates and versions

tel-00678444 , version 1 (12-03-2012)
tel-00678444 , version 2 (13-04-2012)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00678444 , version 2

Cite

Babacar Diop. "Développement d'un instrument de mesure basée sur la FFE (Fluorescence par Faisceau d'Electrons) pour la caractérisation d'écoulements hypersoniques de basses densités en aérodynamique de rentrée" Babacar DIOP. Physique Générale [physics.gen-ph]. Ecole Polytechnique X, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00678444v2⟩
427 View
1133 Download

Share

Gmail Facebook X LinkedIn More