Développement de nouvelles stratégies d’allumage laser : application à la propulsion aéronautique et/ou spatiale

Development of new laser ignition strategies : application to aeronautic/space propulsion

• Auteur / Autrice : Robert George
• Direction : Marc Massot, Mikaël Orain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Combustion
• Date : Soutenance le 02/05/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (Gif-sur-Yvette, Essonne) - ONERA - The French Aerospace Lab / Palaiseau
• Jury : Président / Présidente : Olivier Musset
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Zimmer, Geoff Dearden, Patrick Duchaine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Renou, Marc Bellenoue

Mots clés

Mots clés contrôlés

Allumage laser

Spectroscopie laser

Plasmas produits par laser

Mots clés libres

Plasma

Allumage

Double impulsion

Spectroscopie

Strioscopie

Imagerie

Plasma

Ignition

Dual Pulse

Spectroscopy

Schileren

Imaging

Résumé

Cette étude porte sur l’étude et la caractérisation d’un plasma induit par laser produit par une configuration en impulsion unique et en double impulsion. Une étude bibliographique a en effet permis d’identifier que cette seconde configuration avait donné des résultats encourageants - augmentation de la probabilité d’allumage - dans le cadre d’un allumage d’un spray de kérosène à froid. Des mesures par imagerie intensifiée, strioscopie et spectroscopie ont permis de caractériser l’évolution spatiotemporelle des dimensions du plasma et l’onde de choc induite, ainsi que de mesurer l’évolution temporelle de la température et de la densité électronique dans les deux configurations d’impulsions laser considérées. Ce travail expérimental nous a permis d’identifier le délai interimpulsions comme l’un des paramètres essentiels déterminant l’efficacité du procédé en doubleimpulsion. Les observations ont également montré une physionomie du dépôt particulière, le claquage s’effectuant aux extrémités du plasma préexistant. Les observations et données obtenues lors de cette campagne expérimentale serviront de base de comparaison en vue de test d’allumages. Une étude préliminaire sur le claquage dans un spray de dodécane non-réactif a également été effectuée.

This study focuses on the characterization of laser-induced plasma with a configuration using one or two laser pulses. Indeed, a bibliographic review reported encouraging results - increase in ignition probability - for the ignition of a cold kerosene spray. Measurements were carried out, including emission imaging, schlieren imaging and emission spectroscopy, for a temporal and spatial characterization of the plasma and the shockwave. The emission spectra were used for the measurement of the temporal evolution of the temperature and electron density of the plasma, for both configuration of laser pulses. This experimental work highlighted the importance of the inter-pulses delay which is one of the key parameter for the efficiency of the dual pulse breakdown process. Observations also showed that a peculiar energy deposition process takes place when two pulses are used, the second breakdown occuring on both ends of the existing plasma. All data collected with this experimental campaign will be used for comparison in future ignition tests. A preliminary study of the breakdown process occuring in a dodecane spray has also been undertaken.