Soufflerie MARHy

La soufflerie raréfiée hypersonique MARHy située au laboratoire ICARE[1] sur le campus CNRS d'Orléans est un moyen d'essai utilisé dans le cadre de recherches fondamentales et/ou appliquées à l'étude les phénomènes de dynamique des fluides des écoulements compressibles raréfiés. Le nom MARHy est un acronyme pour Mach Adaptable Raréfié Hypersonique et la soufflerie est enregistrée sous ce nom dans le portail européen MERIL[2] recensant les moyens d'essais en Europe. Le moyen d'essai fut construit en 1963 et fait partie de la Plateforme expérimentale FAST comportant deux autres moyens d'essais PHEDRA et EDITH. (Responsable de la Plateforme expérimentale FAST: Viviana LAGO).

Cette plateforme est exploitée notamment pour la Recherche Aéronautique et Spatiale.

Plateforme expérimentale FAST. Responsable Viviana LAGO. Laboratoire ICARE, CNRS Orléans

Photo de la soufflerie MARHy

Buterfly valves of the facility Marhy (plateforme FAST, ICARE, CNRS Orléans)

Historique

En 1962, le CNES (Centre national d'études spatiales) décide de construire une soufflerie basses densités et grandes vitesses, essentielle aux études aérodynamiques et aérothermiques dans les écoulements de gaz raréfiés. La soufflerie nommée SR3[3] fut ainsi assemblée au laboratoire d'Aérothermique à Meudon. Le développement du moyen d'essai fut confié à la SESSIA (bureau d'études spécialisé dans les ouvrages industriels liés à l'Aéronautique) et SR3 fut achevé un an plus tard, en 1963.

En 2000, à la suite de la fusion du laboratoire d'Aérothermique et du LCRS (Laboratoire de combustion et Système réactifs), la soufflerie fut déplacée au laboratoire ICARE à Orléans. SR3 changea alors de nom pour devenir MARHy.

Précisions techniques

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MARHy est un moyen d'essai unique en Europe permettant de simuler des écoulements raréfiés, super/hypersoniques en mode continu et en circuit ouvert.

Dimensions

La soufflerie est composée de trois parties:

la chambre de stabilisation équipée d'un cône brise-jet : longueur de 2,6 m, diamètre interne de 1,2 m.
la chambre d'expériences cylindrique : longueur de 3,5 m, diamètre de 2 m.
le diffuseur se prolongeant jusqu'au groupe de pompage : longueur de 10 m et diamètre de 1,4 m.

Schéma de la soufflerie MARHy.

Pour permettre de générer les bonnes conditions d'écoulements et d'atteindre les niveaux de raréfactions attendus, deux types de moyens de pompage sont prévus. En effet, pour les écoulements à hautes densités, les 2 pompes à palettes ou pompes primaires sont associées à un nombre maximum de 14 pompes Roots.

Une gamme complète de tuyères allant de la tuyère cylindrique à la conique équipée d'un col interchangeable permet d'obtenir un domaine opérationnel allant du subsonique à l'hypersonique. MARHy peut simuler jusqu'à 19 différents types découlements selon la tuyère installée et les conditions génératrices associées.Quand un prolongateur est ajouté au diffuseur, on peut atteindre une pression statique inférieure à 10⁻² dans la chambre d'expériences.

Photo du groupe de pompage.

Pompes primaires GP Marhy (plateforme FAST, ICARE, CNRS Orléans).

Nombre de Mach M	Nombre de Reynolds Re/cm	Pression statique P1 (Pa)	Température statique T1 (K)
0.6	3,7 × 10¹	27	280
0.8	5,3 × 10¹	27	266
2	6 × 10⁴	6,1 × 10³	163
2	2,7 × 10¹	2.7	163
2	8 × 10¹	8	163
4	1,8 × 10²	2.7	70
4	5,7 × 10²	8	70
4	5 × 10³	71.1	70
6.8	3,55 × 10²	5.02	97
12	1,19 × 10³	1.38	27
14.9	4,58 × 10³	3.17	22
15.1	1,10 × 10³	0.72	21
15.3	4,24 × 10²	0.26	21
16	11,17 × 10²	0.58	20
16.5	59 × 10²	3.15	20
18.4	7,52 × 10³	2.98	18
20	8,38 × 10²	0.21	14
20.2	2,85 × 10²	0.07	13
21.1	6,68 × 10³	1.73	14

Tuyères supersoniques de la soufflerie Marhy (plateforme FAST, ICARE, CNRS Orléans)

Diagnostics associés à la soufflerie

Plusieurs types de diagnostics sont associés à la soufflerie : capteurs de pression pour les mesures pariétales, thermocouples, tubes de Pitot, caméra thermique infra-rouge, caméra iCCD & technique de luminescence, balance aérodynamique, sondes électrostatiques, spectrométrie d'émission (proche infra-rouge, visible et VUV) et un canon à électrons .

Domaine d'utilisation

La soufflerie MARHy est particulièrement adaptée à l'étude des phénomènes aérodynamiques en régime transitionnel à bas nombre de Reynolds. En effet son domaine de fonctionnement simule des altitudes atteignant 100 km avec des écoulements pouvant atteindre MACH 20. Certains travaux effectués sont listés ici :

étude des écoulements compressibles autour de maquettes
structure des sillages dans les écoulements supersoniques raréfiés
contrôle d’écoulements par plasma , par décharge continue et pulsée
rentrées atmosphériques haute altitude
simulation expérimentale de la rentrée des débris spatiaux

[4]^,[5]^,[6]^,[7]^,[8]^,[9]^,[10],

Visualisation du choc d'un disque en point d’arrêt à Mach 2, par canon à électron (ONERA).
Image de la maquette Hermès dans un écoulement raréfié hypersonique à Mach 20.
Photo d'une décharge luminescente générée par un actionneur plasma à Mach 4.

Voir aussi

Références

Laboratoire ICARE, CNRS, Orléans.
MERIL, la plateforme européenne de moyens d'essais.
Jean Allègre, « The SR3 low density wind tunnel. Facility capabilities and research development », 28th Joint Propulsion Conference and Exhibit,‎ 1992, p. 3972
(en) Sandra, Coumar, Joussot, Romain, Lago, Viviana et Parisse, Jean-Denis, « Influence of a plasma actuator on aerodynamic forces over a flat plate interacting with a rarefied Mach 2 flow », International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, vol. 26, n^o 7,‎ 2016, p. 2081-2100.
(en) Joussot, Romain et Lago, Viviana, « Experimental investigation of the properties of a glow discharge used as plasma actuator applied to rarefied supersonic flow control around a flat plate », IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 23, n^o 2,‎ 2016, p. 671--682.
(en) Joussot, Romain, Lago, Viviana et Parisse, Jean-Denis, « Quantification of the effect of surface heating on shock wave modification by a plasma actuator in a low-density supersonic flow over a flat plate », Experiments in Fluids, vol. 56, n^o 5,‎ 2015, p. 102.
(en) Lago, V, Joussot, Romain et Parisse, JD, « Influence of the ionization rate of a plasma discharge applied to the modification of a supersonic low Reynolds number flow field around a cylinder », Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 47, n^o 12,‎ 2014, p. 125202.
(en) Joussot, Romain, Lago, Viviana et Parisse, Jean-Denis, « Efficiency of plasma actuator ionization in shock wave modification in a rarefied supersonic flow over a flat plate », AIP Conference Proceedings, vol. 1628, n^o 1,‎ 2014, p. 1146.
Coumar, Sandra, Joussot, Romain, Parisse, Jean-Denis et Lago, Viviana, « Effect of surface heating on shock wave modification by a plasma actuator in a rarefied supersonic flow over a flat plate », 20th AIAA international space planes and hypersonic systems and technologies conference, vol. 3562,‎ 2015.
(en) Parisse, Jean-Denis, Kudryavtsev, Alexey N et Lago, Viviana, « Effect of surface heating on shock wave modification by a plasma actuator in a rarefied supersonic flow over a flat plate », International Journal of Engineering Systems Modelling and Simulation, vol. 7, n^o 4,‎ 2015, p. 271--278.

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[1] Laboratoire ICARE, CNRS, Orléans.

[2] MERIL, la plateforme européenne de moyens d'essais.

[3] Jean Allègre, « The SR3 low density wind tunnel. Facility capabilities and research development », 28th Joint Propulsion Conference and Exhibit,‎ 1992, p. 3972

[4] (en) Sandra, Coumar, Joussot, Romain, Lago, Viviana et Parisse, Jean-Denis, « Influence of a plasma actuator on aerodynamic forces over a flat plate interacting with a rarefied Mach 2 flow », International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, vol. 26, n^o 7,‎ 2016, p. 2081-2100.

[5] (en) Joussot, Romain et Lago, Viviana, « Experimental investigation of the properties of a glow discharge used as plasma actuator applied to rarefied supersonic flow control around a flat plate », IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 23, n^o 2,‎ 2016, p. 671--682.

[6] (en) Joussot, Romain, Lago, Viviana et Parisse, Jean-Denis, « Quantification of the effect of surface heating on shock wave modification by a plasma actuator in a low-density supersonic flow over a flat plate », Experiments in Fluids, vol. 56, n^o 5,‎ 2015, p. 102.

[7] (en) Lago, V, Joussot, Romain et Parisse, JD, « Influence of the ionization rate of a plasma discharge applied to the modification of a supersonic low Reynolds number flow field around a cylinder », Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 47, n^o 12,‎ 2014, p. 125202.

[8] (en) Joussot, Romain, Lago, Viviana et Parisse, Jean-Denis, « Efficiency of plasma actuator ionization in shock wave modification in a rarefied supersonic flow over a flat plate », AIP Conference Proceedings, vol. 1628, n^o 1,‎ 2014, p. 1146.

[9] Coumar, Sandra, Joussot, Romain, Parisse, Jean-Denis et Lago, Viviana, « Effect of surface heating on shock wave modification by a plasma actuator in a rarefied supersonic flow over a flat plate », 20th AIAA international space planes and hypersonic systems and technologies conference, vol. 3562,‎ 2015.

[10] (en) Parisse, Jean-Denis, Kudryavtsev, Alexey N et Lago, Viviana, « Effect of surface heating on shock wave modification by a plasma actuator in a rarefied supersonic flow over a flat plate », International Journal of Engineering Systems Modelling and Simulation, vol. 7, n^o 4,‎ 2015, p. 271--278.