Essais & Simulations 148

MESURES rayonnants émis

MESURES rayonnants émis par le spécimen et le moyen d’essais. Le dissipateur – relié à l’électronique via un pont thermique – peut dissiper la chaleur interne de la caméra par effet radiatif sous vide et peut être contrôlé en température par des réchauffeurs lorsque la caméra se refroidit trop. La régulation thermique de la caméra est automatique. Enfin, l’objectif est équipé d’une protection MLI (isolateur thermique multi couches) pour assurer son découplage de l’environnement et du spécimen de test, minimisant de fait l’émission de flux radiatifs de la caméra vers les parties sensibles du spécimen (mesure non intrusive). Le système est compatible avec des points d’interface mécanique soumis à n’importe quelle température comprise entre celle de l’azote liquide et +30°C environ. Le système de photogrammétrie ESA utilisé pour ce test met en œuvre huit caméras qualifiées et calibrées. Le système permet de créer une configuration dédiée avec caméras fixes dans la chambre à vide. Le recours à ce réseau de caméras fixes permet de réaliser des mesures de distorsion durant les phases de transition thermique (« mesure de la géométrie du spécimen à la volée »), les temps d’acquisition étant instantanés. Figure 4 • Photogrammétrie Thales Alenia SPACE - déformation entre cas 0 et cas 1: refroidissement de la structure, on observe une contraction globale du spécimen de test Le système ESA est un système quasi temps réel. L’exploitation de l’image et des données est confiée au logiciel Fovex Measure3D. Bien entendu, la résolution des caméras et le nombre de points de vue (x8) étant inférieurs au système Thales Alenia Space, la précision atteinte est sensiblement moindre mais reste dans ce cas suffisante, compte tenu de l’amplitude des déformées thermoélastiques générées lors de cet essai. Les mesures s’effectuent sur des dizaines de cibles communes aux deux systèmes de photogrammétrie, ouvrant la voie à des inter-comparaisons directes. Celles-ci ont clairement démontré la très bonne cohérence des résultats fournis par les deux systèmes en termes d’estimateurs de précision associés aux valeurs calculées, l’intervalle de confiance de la mesure ESA incluant la valeur plus précise de la mesure Thales Alenia Space. Enfin, la partie thermographique de l’essai a été confiée à une caméra IR Flir SC7600 Medium Wave, intégrée dans un canister pour le contrôle en pression et température. Le canister est accroché en partie haute de la chambre à vide. La caméra IR a pu effectuer une acquisition toutes les 30 secondes du début à la fin de l’essai. Des films time lapse en ont été tirés et ont grandement participé à la compréhension de la dissipation des flux thermiques dans le spécimen pendant l’essai. Dans ce cas précis, il n’y avait aucune possibilité de réaliser une calibration endto-end de la caméra IR. En lieu et place, la mise à l’échelle des flux thermiques mesurés a été réalisée en partant de l’émissivité du panneau de référence du spécimen (peint en noir, avec un traitement de surface connu) et en la croisant en post traitement avec les valeurs des thermocouples visibles sur ce même panneau. La valeur de l’émissivité a aussi été confirmée par une mesure spécifique. La caméra IR requiert une calibration préalable dans la gamme de température attendue. Lors de ce test où il n’était pas attendu de température inférieure à 0°C, la gamme d’étalonnage été limitée aux températures >0°C. LES ENSEIGNEMENTS DE L’ESSAI L’essai proprement dit a permis de créer une dizaine de cas thermiques en vide moléculaire. Ces cas ont consisté à injecter des gradients de 0/+50°C dans certains équipements et tout ou partie de la structure. Les effets en ont été précisément quantifiés par les mesures de photogrammétrie Thales Alenia Space en palier. Des mesures photogrammétrie ESA ont été bien sûr réalisées et exploitées en palier mais ont été principalement utilisées en transitoire. Les effets de distorsion prédits par les modèles thermiques, notamment sur le panneau de référence qui porte les équipements, n’ont pas toujours été constatés lors des mesures photogrammétrie, ce qui a soulevé de nombreuses questions. La caméra IR a permis de comprendre le phénomène : le pilotage en température qui s’est fait classiquement via 4 thermocouples au voisinage des 4 angles du panneau, n’est pas représentatif de la température d’un panneau loin d’être aussi homogène qu’espéré (figure 5). Une fois cette information intégrée dans le modèle thermique grâce aux valeurs indiquées par la caméra thermique et celui-ci réajusté, les mesures photogrammétrie ont pu être corrélées avec succès (figure 6). 40 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°148 • Février - Mars - Avril 2022

MESURES La photogrammétrie Thales Alenia Space a permis une modélisation fine et complète du panneau de référence et de tous les équipements intégrés avec précision Figure 5 • Cas 1, supposé être homogène à 0°C. Les flèches rouges indiquent les thermocouples utilisés pour le contrôle thermique actif. Ils sont effectivement à 0°C. Les zones en bleu foncé hors plage de calibration de la caméra sont imprécisément mesurées. Ces techniques de mesure fines et complémentaires ont permis d’améliorer la compréhension des phénomènes thermiques et des comportements thermoélastiques des structures lors de ces essais. Les gradients thermiques constatés ont été bien supérieurs à ceux prévus, et sans l’apport de la caméra IR, ils n’auraient pas pu être suffisamment caractérisés. Les données de la caméra IR sont un élément clé pour une corrélation thermique réaliste du modèle. Figures 6 • Cas 3 : un panneau aluminium monté au milieu du panneau +Z est chauffé par l’arrière à +50°C (à gauche l’image IR ESA, à droite l’image photogrammétrie Thales Alenia Space correspondante) La photogrammétrie Thales Alenia Space a permis une modélisation fine et complète du panneau de référence et de tous les équipements intégrés avec une excellente précision. Les deux techniques ont surtout apporté des données essentielles à la corrélation du modèle thermique. On retiendra surtout : • L’excellence du système photogrammétrie Thales Alenia Space pour les mesures en paliers stabilisés. • La très bonne corrélation entre les deux systèmes de photogrammétrie, une fois prise en compte leurs précisions respectives. • La versatilité et la qualité du système photogrammétrie ESA, très adapté aux phases transitoires. • La constitution d’une base de données importante pour des analyses ultérieures. Ce test a permis de réaliser une comparaison en chambre à vide entre deux systèmes de photogrammétrie très différents et de valider leurs résultats. C’est la première fois qu’une telle comparaison entre laboratoires est réalisée sur un même essai en conditions de vide thermique. Pari gagné ! ● [1] Philippe Baussart « La photogrammétrie : un procédé fiable et incontournable pour une caractérisation 3D précise d’un satellite », Essais & Simulations – Janvier 2020 [2] Philippe Baussart, Jurij D’Amico, Stéphanie Behar Lafenetre, Mathieu de Cillia, Benoit Laine, Steven Sablerolle, Hanno Ertel, Matthew Vaughan, Luca Perachino « Thermo-elastic test campaign in the frame of ESA activity “I-Meter” », congrès ECSSMET I-Meter 2021 / Thales Alenia Space - ESA. [3] Luca Perachino, Benoit Laine, Savino De Palo, Vincenzo Mareschi, Fabio Acquaviva, Jurij D’Amico, Stephanie Behar- Lafenetre(3), Philippe Baussart, Simon Appel, Matthew Vaughan, Steven Sablerolle, Hanno Ertel, Mathieu De Cillia, Paul Atinsounon « Improvement of methodologies for thermoelastic predictions and verification » congrès ECSSMET I-Meter 2021 / Thales Alenia Space - ESA. ESSAIS & SIMULATIONS • N°148 • Février - Mars - Avril 2022 I41