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THESE - Alimentations électriques et étude énergétique d'un générateur de jets synthétiques à plasma

générateur de jets synthétiques à plasma
Belinger Antoine
Directeur de thèse : Cambronne, Jean-PascalEcole doctorale: Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche : Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres : Contrôle d'écoulement - Actionneur - Plasma - Alimentations électriques - Interaction plasma - Alimentation électriques - Décharge luminescente - Décharge spark
Sujets : Electricite, électronique, automatique
SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE 

CHAPITRE I : CONCEPTS PRELIMINAIRES  

1. Introduction au Contrôle d'écoulement 

1.1. Transition et décollement
1.1.1. Couche limite et transition laminaire/turbulent
1.1.2. Décollement de couche limite
1.2. Contrôle actif d'écoulement : principes
1.2.1. Aspiration
1.2.2. Chauffage, refroidissement
1.2.3. Modification de la surface d'écoulement
1.2.4. Soufflage
1.3. Actionneurs pour le contrôle d'écoulement
1.3.1. Volet ou membrane vibrants
1.3.2. Jet pulsé
1.3.3. Jet synthétique
1.3.4. Vent ionique et actionneurs plasmas
1.3.5. Sparkjet
1.4. Conclusion  

2. Plasmas à la pression atmosphérique 

2.1. Généralités sur les plasmas
2.2. Mécanisme de création d'une décharge électrique
2.2.1. Streamer
2.2.2. Claquage de Townsend
2.2.3. Tension d'amorçage
2.3. Les différentes types de plasmas à la pression atmosphérique
2.3.1. Décharge générée par le claquage de Townsend
2.3.2. Décharge amorcée par un streamer
2.4. Conclusion  

3. Alimentations électriques haute tension 

3.1. Source haute tension contrôlée
3.2. Source haute tension utilisant le stockage capacitif
3.2.1. Générateurs de MARX
3.2.2. Alimentation à découpage utilisant un transformateur
3.2.3. Alimentation à résonance
3.3. Source haute tension utilisant une source inductive
3.4. Conclusion 

4. Tests Préliminaires 

4.1. Jet synthétique à plasma
4.2. Alimentation utilisée
4.3. Caractérisation du jet produit par la JSP
4.4. Vitesses et fréquence des jets optimales
4.5. Energie maximale à dissiper dans la décharges
4.6. Conclusion – élaboration du cahier des charges
5. Conclusions 

CHAPITRE II : DIMENSIONNEMENT ET CARACTERISATION D'UNE ALIMENTATION INDUCTIVE ASSOCIEE A UN JSP  

1. Dimensionnement de l'alimentation 

1.1. Phase de magnétisation du transformateur
1.2. Transfert de l'énergie au secondaire du transformateur
1.3. Phase de décharge
1.4. Dimensionnement du transformateur et du circuit magnétique
1.5. Dimensionnement de l'interrupteur
1.6. Notes sur l'utilisation d'un écrêteur 

2. Décharge créée par l'alimentation inductive 

2.1. Outil de caractérisation électrique
2.2. Fonctionnement de l'alimentation
2.3. Amorçage de la décharge
2.4. Evolution temporelle de la décharge
2.4.1. Modèle électrique équivalent
2.4.2. Tension durant la décharge
2.5. Energie dissipée dans la décharge
2.6. Durée de la décharge
2.7. Conclusion 

3. Caractéristique optique de la décharge 

3.1. Matériel utilisé
3.1.1. Imagerie Rapide
3.1.2. Spectroscopie d'émission optique
3.2. Evolution de la géométrie de la décharge dans le temps
3.2.1. Influence de l'énergie sur le volume de la décharge
3.3. Influence de l'énergie sur la température de décharge
4. Conclusion 

CHAPITRE III : DIMENSIONNEMENT ET CARACTERISATION D'UNE ALIMENTATION CAPACITIVE ASSOCIEE A UN JSP 

1. Dimensionnement de l'alimentation 

1.1. Transfert de l'énergie du transformateur au condensateur
1.2. Décharge créée par le condensateur
1.3. Fréquence de fonctionnement
1.4. Limitation du temps de montée
1.5. Utilisation du transformateur de l'alimentation inductive
1.6. Modification de l'alimentation : dimensionnement d'un nouveau transformateur 

2. Décharges produites par l'alimentation capacitive 

2.1. Comportement électrique des décharges
2.1.1. Impédance du fil et des connexions
2.1.2. Calcul de la tension de décharge
2.2. Modèle électrique équivalent de la décharge
2.2.1. Validation par simulation Pspice
2.2.2. Validation énergétique du modèle
2.3. Amorçage de la décharge 

3. Influence de l'énergie sur la décharge 

3.1. Influence de l'énergie sur la durée de la décharge
3.2. Influence de l'énergie sur le diamètre de la décharge
3.3. Influence de l'énergie sur la température de la décharge
3.3.1. Calcul de la température du plasma
3.3.2. Vérification de l'hypothèse de l'équilibre thermodynamique locale
3.4. Conclusion sur l'influence de l'énergie dans la décharge générée par l'alimentation capacitive  

4. Calcul de la résistance équivalente de décharge à partir des mesures optiques 

4.1. Détermination de la conductivité du plasma
4.2. Choix du diamètre de la décharge
4.3. Calcul de la résistance
4.4. Détermination de la température de la décharge à partir du modèle équivalent
5. Conclusion 

6. Comparaison de l'alimentation inductive et capacitive 

CHAPITRE IV : INFLUENCE DU MODE D'ALIMENTATION SUR LES PERFORMANCES DE L'ACTIONNEUR  

1. Comportement thermique de l'actionneur 

1.1. Caméra thermique
1.2. Evolution des températures finales en fonction de l'énergie dissipée dans la décharge
1.3. Effet de la fréquence de fonctionnement sur la température du capuchon
1.4. Variation de la tension de claquage avec la fréquence
1.5. Evolution de la tension de claquage avec la température
1.6. Estimation de la température avant la décharge
1.7. Conclusion 

2. Performances de l'actionneur à basse fréquence 

2.1. Mesures des pressions en sortie de l'actionneur
2.2. Durée des jets
2.3. Influence de la distribution de l'énergie sur la surpression maximale
2.4. Vitesses des jets
2.4.1. Strioscopie
2.4.2. Evolution de la vitesse en fonction du temps
2.4.3. Vitesses maximales des jets
2.5. Conclusion 

3. Performance de l'actionneur à haute fréquence 

3.1. Durée de jet
3.2. Limite fréquentielle de l'actionneur
3.3. Puissance du jet  

4. Rendement des JSP 

4.1. Détermination du rendement à partir des mesures de pression
4.2. Détermination du rendement à partir des températures du capuchon
4.2.1. Mise en place du modèle
4.2.2. Détermination des pertes thermiques
4.2.3. Valeur des rendements
4.3. Conclusion
5. Conclusion 

CHAPITRE V : APPLICATIONS DES JSP AU CONTROLE D'ECOULEMENT 

1. Présentation des alimentations 

2. Application au contrôle d'écoulement 

2.1. Essais réalisés à l'ONERA
2.2. Essais réalisés au laboratoire Pprime de Poitiers 

3. Application au contrôle de bruit de jet 

4. Conclusion
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 


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Ditulis oleh: younes younes - samedi 27 octobre 2012

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