Modélisation numérique et expérimentale du comportement de sous-ensembles de ballons pressurisés stratosphériques

Numerical and experimental modeling of the behavior of pressurized stratospheric balloons subsets

¹ ONERA Centre de Toulouse BP 40252, avenue Édouard Belin, 31055 Toulouse Cedex 4, France
² Laboratoire Génie de Production, École Nationale d'Ingénieurs de Tarbes, BP 1629, 65016 Tarbes Cedex, France
³ Institut Catholique des Arts et Métiers, Avenue de Grande Bretagne, 31000 Toulouse, France

Auteur de correspondance : vialette@onecert.fr

Reçu : 25 Février 2005
Accepté : 21 Mars 2005

Résumé

Ce travail concerne la simulation numérique et expérimentale du comportement mécanique des ballons pressurisés stratosphériques. Ce programme de recherche entrepris par le CNES et l'ONERA est basé sur (i) la modélisation du matériau polymère constitutif des ballons par des lois de comportement de type viscoélastique ; (ii) la simulation expérimentale de sous-ensembles de ballons lors de phases de vol; (iii) la validation des lois viscoélastiques par comparaison essais/calculs du comportement de sous-ensembles de ballons. Le dispositif expérimental utilisé, nommé NIRVANA, reproduit les conditions de vol d'un ballon, i.e. la température, la pression et la contrainte dans l'enveloppe. Dans le cadre des caractérisations en grandes déformations des polymères, l'instrumentation généralement mise en œuvre permet seulement d'accéder à des caractéristiques globales et macroscopiques. Le suivi de tels essais par la méthode de stéréo-corrélation d'images, méthode basée sur les principes de la photogrammétrie, permet d'accéder de manière fine aux champs de déplacements et de déformations sur la totalité de la surface mesurée. Cette richesse d'information expérimentale s'avère particulièrement utile pour la validation non seulement globale mais aussi locale des lois de comportement utilisées.

Abstract

This work relates to numerical simulation and experimental mechanical behavior of the stratospheric pressurized balloons. This research program carried out by the CNES and ONERA is based on (i) the modeling of polymeric material constitutive of the balloons behavior laws of viscoelastic type; (ii) the experimental simulation of balloons subsets in flight phases; (iii) validation of the viscoelastic laws by comparison tests/calculations of the balloons subsets behavior. The facility named NIRVANA reproduces the flying conditions of a balloon, i.e. the temperature, the pression and the constraint in the balloon envelope. In the context of identification of polymer large deformation behaviour, general measurement only brings to global and macroscopic characteristics. The follow-up of these tests by stereo correlation of images, method based on photogrammetry principles, gives access to displacements and strain fields with accuracy on the totally measured area. This wealth of experimental information is particularly useful for the global and local verification of the behavior laws.