Etude du couplage absorption-diffusion pour le rayonnement infrarouge de jets de propulseurs composites aluminisés

Study of absorption-scattering coupling for the infrared radiation of aluminized composite thruster jets

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Pautrizel
• Direction : Anouar Soufiani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 01/12/2010
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Office national d'études et de recherches aérospatiales (France). Département d'optique théorique et appliquée
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Hartmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anouar Soufiani, Denis Lemonnier, Antoine Roblin, Philippe Rivière, Jean-claude Fontanella

Mots clés

Mots clés contrôlés

Véhicules spatiaux -- Propulsion

Transfert radiatif

Propriétés optiques

Alumine

Mots clés libres

Propulseurs composites aluminisés

Jets

Equation de transfert radiatif

Luminance diffusée

Aluminized composite rocket

Plumes

Radiative transfer equation

Scattered radiance

Résumé

La prédiction de l'émission infrarouge des jets de propulseurs composites aluminisés nécessite principalement trois étapes : le calcul des grandeurs aérothermochimiques du jet, la conversion de ces grandeurs en propriétés optiques (coefficient d'absorption, coefficient de diffusion, fonction de phase) puis la résolution de l'équation de transfert radiatif. Cette thèse,essentiellement consacrée à cette troisième étape, propose de nouvelles voies pour l'application des modèles de bande aux cas de milieux biphasiques et diffusants.D'une part, nous avons étendu ces modèles aux cas de milieux caractérisés par un déséquilibre thermique entre gaz et particules. D'autre part, nous avons proposé une méthode de séparation de la luminance en deux contributions, appelées respectivement non diffusée et diffusée, à partir d'une idée originale de Liu et al. La contribution non diffusée est solution de l'équation de transfert radiatif obtenue en ignorant les effets de la diffusion. Par conséquent, elle peut être résolue par une formulation en modèles de bande. Cette approche permet de réduire les erreurs de corrélations spectrales au seul terme de luminance diffusée.Nous avons montré l'intérêt de ces approches par comparaison avec une résolution de l'équation de transfert radiatif en raie par raie, sur des milieux représentatifs de situations de télédétection de jets.

Prediction of infrared emission of exhaust plumes from aluminized composite rocket, follows mainly three steps : calculating aero-thermo-chemical values in the plume, converting those valuesto optical properties (absorption coefficient, scattering coefficient and phase function) and resolving the radiative transfer equation. This thesis is mostly devoted to this third step, and proposes new ways to use band models on two-phases and scattering media.Firstly, we extended band models to cases with thermic non equilibrium between gas and particles. Secondly, we proposed a method consisting in splitting radiance in two parts, one called un-scattered and the other scattered, from an original idea of Liu et al. The un-scattered part is solution of the radiative transfer equation obtained by ignoring scattering. As a result, the unscattered radiance can be found by using band models. By this approach, errors on spectral correlations are only present on the scattered radiance.We show the interest of thoses approches by comparing them with a line by line resolutionof the radiative transfer equation, on media representative of remote sensing cases of rocket exhaust plumes.