Le gyromètre acoustique soumis à des vitesses de rotation élevées ou instationnaires

par David Ecotière

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de Michel Bruneau.

Soutenue en 2001

à Le Mans .


  • Résumé

    Le travail présenté porte sur l’étude théorique et expérimentale du comportement du gyromètre acoustique soumis à des vitesses de rotation élevées ou instationnaires. Le principe de fonctionnement du gyromètre acoustique repose sur la sensibilité aux vitesses de rotation de champs acoustiques en cavités remplies de gaz. Le gyromètre considéré est constitué d'une cavité cylindrique, susceptible de résonner sur deux modes orthogonaux dégénérés. Un haut-parleur est placé sur la paroi de la cavité de manière à n’exciter qu’un seul de ces modes ; lors d’une rotation autour de l'axe de la cavité, l’autre mode est créé par effets de couplages inertiels (Coriolis,. . . ). Deux microphones disposés sur la paroi permettent de mesurer les effets de ce couplage qui se traduisent, en régime permanent, par un signal proportionnel à la vitesse rotation. La première partie du mémoire présente une modélisation décrivant le comportement du gyromètre acoustique soumis à des vitesses de rotation stationnaires ou instationnaires, faibles ou élevées. Le champ acoustique dans la cavité est régi par une équation de propagation qui prend en compte aussi bien les effets engendrés par une rotation instationnaire que ceux engendrés par la présence d’un gradient de pression statique dû à une vitesse de rotation élevée ; Ce modèle est ensuite utilisé et développé dans le cas des vitesses de rotation instationnaires (régime transitoire) en faisant appel à une description adaptée du champ de vitesse d’entraînement en rotation du fluide et à une description fine de la vitesse particulaire acoustique ; les résultats analytiques et expérimentaux mettent en relief les paramètres importants gouvernant le régime transitoire. Une deuxième application du modèle, qui traite des vitesses de rotation élevées, est proposée dans la troisième partie ; les résultats analytiques et expérimentaux obtenus montrent là que le gyromètre conserve une réponse linéaire en fonction de la vitesse de rotation, malgré un comportement acoustique de la cavité fortement perturbé, sous réserve toutefois d’utiliser le gyromètre à un point de fonctionnement précis.

  • Titre traduit

    Acoustic rate gyro for strong or unsteady rotation rate


  • Résumé

    This research deals with the theoretical and experimental study of the behaviour of the acoustic rate gyro when strong or unsteady rotation rates occur. An acoustic rate gyro provide output signals that are measures of rotation rates with respect to an inertial frame. The gyrometer under consideration is a cylindrical cavity, filled with gas, excited by a loudspeaker (set on the wall) on its first azimutal mode. When the cavity rotates, the inertial effects generate a coupling between the mode created by the loudspeaker and the orthogonal mode which have the same resonance frequency. Two flush-mounted microphones provide the coupling ratio, which is proportional to the rotation rate of the cavity (permanent regime). The first part of the thesis presents a modelization describing the behaviour of the acoustic rate gyro, for steady or unsteady rotation rates, for low or strong rotation rates. This model describes the acoustic field inside the cavity using a wave equation which takes into account the effects resulting from the unsteady rotation and those resulting from the gradient of the static pressure (strong rotation rate). Then in the second part, this model is developed and applied to unsteady rotation rates by using a suitable description of the unsteady flow motion and an acurate description of the acoustic velocity : the analytical and experimental results highlight the important parameters that govern the transient regime. A second application of the model, presented in the last part, deals with the strong rotation rates : the analytical and experimental results show that, although the acoustic behaviour of the cavity is strongly perturbed, the response of the gyrometer remains linear with respect to the rotation rate, when used at a suitable working point.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XI-86 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 85-86

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  • Bibliothèque : Université du Maine. Service commun de documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2001LEMA1015
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