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An experimental work has been conducted to characterize the properties of a solid rocket motor exhaust plume, culminating in measurement of its electromagnetic properties including radar backscattered spectrum. Reactive MiLES simulations of the plume, including dispersed alumina phase, have been performed on two meshes (8.4 M and 20 M cells) to characterize the plume\'s turbulence, aerothermochemistry, and ionized structures dynamics. Experimental images of IR, visible and OH spontaneous emission have yielded information on the potential core, the mixing layer, and the flame structures, and suggest a flapping mode of the plume\'s tail. X band phase and transmission measurements have allowed an estimation of the electron density using a 1D model. The role of alkali salts in the ionization process has been confirmed. MiLES simulations have been processed to study the turbulence development; and to emphasize the strong effect of turbulent dispersion of particles. The flame and ionized structures have been compared to RANS simulations, and electron density is compared to experimental results. Electromagnetic simulations have allowed assessing the reliability of the 1D model used to estimate electron number density. Finally, first estimates of the large structures frequency have been obtained analysing the experimental and numerical data. This will allow analyzing the backscattered radar spectrum.

International audience; Cet article présente les résultats d'une étude expérimentale d'un jet supersonique avec flamme de post-combustion, menée sur le banc MASCOTTE de l'ONERA. La distance d'apparition de la flamme de post-combustion (par auto-allumage) depuis le plan de sortie de la tuyère, et l'épaississement de la couche de mélange réactive ont été mises en évidence par imagerie de fluorescence induite par laser sur le radical OH (PLIF-OH). L'aérodynamique de la couche de mélange a été caractérisée par vélocimétrie par image de particules (PIV). L'ensemble des données de PLIF-OH et PIV ont été obtenues sur deux campagnes d'essais successives. L'emploi de ces deux techniques laser à haute cadence (~4 kHz) dans un jet supersonique avec post-combustion constitue, à la connaissance des auteurs, une première mondiale. Sur l'ensemble des essais menés en conditions réactives, des visualisations de l'émission de OH excité ont été synchronisées avec chacune de ces deux techniques laser, afin de tracer la zone de réaction et de disposer d'une référence de comparaison sur l'ensemble des essais. Si elle permet de mettre en évidence l'intermittence de la flamme, l'observation de séquences d'images instantanées successives obtenues par PLIF-OH montre qu'une cadence d'acquisition de 4 kHz reste insuffisante pour le suivi temporel des fines structures turbulentes dans un tel jet supersonique réactif. En revanche, à une cadence d'acquisition proche, le suivi temporel est possible sur des structures déduites des champs de vitesse obtenus par PIV dans la couche de mélange lorsque l'échelle spatiale de ces structures est suffisamment grande. Les mesures obtenues par PLIF-OH sont en accord avec les visualisations en champ large de l'émission de OH excité réalisées de manière synchrone avec l'imagerie LIF, lors de chaque essai.Les résultats obtenus dans cette étude ont permis de constituer une base de données de mesures de référence sur une flamme de post-combustion de propulseur. Cette base permettra de valider la simulation LES réactive mise en oeuvre pour simuler cette flamme. Les premiers résultats de simulation LES présentés dans cet article utilisent des modèles volontairement simples dans un premier temps, notamment en ce qui concerne la combustion turbulente. Les comparaisons entre ces simulations et les résultats expérimentaux montrent une amélioration par rapport aux simulations RANS, à la fois sur les niveaux de vitesse et sur la longueur de la flamme. Des perfectionnements des méthodes utilisées pour le calcul LES sont envisagés, comme le raffinement du maillage et la mise en place d'un modèle de combustion plus complexe.

International audience; The conditions of the Clear air turbulence (CAT) in the atmosphere are due to various phenomena: gravity waves breaking, shears associated with jets, convection etc.... Therefore, we propose systematic investigation from the ground with Rayleigh backscattering lidar, in order to better characterize this atmospheric phenomenon. Rayleigh ,lidars are able to measure the vertical profile of light emitted by a pulsed laser and backscattered by atmospheric molecules. The Rayleigh signal intensity variations are proportional to the CAT. This paper describes a new technique developed at The Haute-Provence Observatory (OHP). This technique is based on using of a Rayleigh lidar to detect density at 8-12 km height and monitor the index turbulence along the laser beam.