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

Abstract

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 oeuvre permet seulement d'accéderà 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.

Modélisation des assemblages de ballons pressurisés stratosphériques

“…L e sc o e ffi c i e n t sd eP o i s s o nd e sm a t eriaux ontétép r i sà 0,23 pour le PET et le PA et 0,35 pour la colle [3]. Les essais sont effectués au moyen d'un nanoindenteur MTS NanoXPà partir de mesures dynamiques de la raideur de contact (Continuous Stiffness Measurement).…”

“…Les conditions aux limites sont de types tension sur la périphérie de l'assemblage, ce qui permet d'appliquer la contrainte présente dans la peau du ballon durant le vol et donc de simuler la présence du reste du ballon, et pression prisà 15 mbar. La validation de ce modèle numérique en comparaison avec les champs de déplacement relevés sur le dispositif expérimental NIR-VANA par stéréocorrélation est réalisée dans les travaux de Vialettes [3].…”

Adhesive junction modelling of a super-pressure balloon

“…It is known that this hypothesis involves an error of 1 per cent on the displacement field. The boundary conditions are: a preloading applied to the sample to simulate the boundary stress in a pressurized balloon, and a 15 hPa differential pressure [1,4,5]. This numerical model is validated in the work of Vialettes et al [4,5] using a stereo-correlation system on NIRVANA.…”