Simulation numérique et expérimentale du comportement ...

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I. Cadre général de l'étudeFigure 5 : BPS 10m en cours de lancementDe par le principe d'Archimède, le ballon s'élève jusqu'à atteindre son niveau de vol nominaloù il est en équilibre vertical, son déplacement horizontal suit celui des vents dans lesquels ilse trouve. Lorsque le ballon est à son niveau de vol nominal, il est de forme sphérique de 10mde diamètre et la pression à l'intérieur de son enveloppe est supérieure de 15hPa à la pressionextérieure. Cette pression, directement liée à son niveau de vol, est calculée de manière à ceque la contrainte dans l'enveloppe soit inférieure de 25% à la limite élastique en contrainte dumatériau [Casteras 1997]. Les propriétés mécaniques et optiques du matériau font que lavariation de température entre le jour et la nuit a peu d'influence sur le volume du ballon quivole donc à une altitude constante pendant toute la mission.Cependant, les données de vol de plusieurs missions ont montré que le ballon avait tendance àdévier de sa trajectoire verticale de vol [Guigue 2001]. L'analyse de ces résultats a montré queces variations d'altitude, liées à la variation de volume du ballon, étaient dues à la déformationau cours du temps du matériau.Ce phénomène, appelé fluage, est dû au comportement visqueux du matériau qui ne doit pasêtre négligé, même aux basses températures rencontrées dans la stratosphère. Des essais defluage sur le matériau montrent que la déformation visqueuse atteint 10% de la déformationtotale au bout de 2 jours et demi d'essai pour une contrainte comparable à la contraintenominale de vol des ballons. Ces essais démontrent qu'il faut tenir compte du fluage lors ducalcul des trajectoires de vol.16
I. Cadre général de l'étudeI.3 Objectifs de la thèseLe but de cette thèse est donc de mettre en œuvre une loi de comportement tenant compte dela viscosité du matériau dans les conditions de vol. Cette loi devra être intégrable dans lachaîne de calcul de trajectoire du CNES sous forme de "loi de volume". Pour calculer latrajectoire de vol, il est nécessaire de connaître l'évolution du volume du ballon soumis àl'environnement extérieur (température, pression) et à l'effet du fluage. Le volume estdéterminé par un calcul mécanique simple sur une sphère de 10m de diamètre, homogène,soumise à des températures et pressions gouvernées par la physique du vol. La loi decomportement déterminée lors de cette thèse déterminera le comportement mécanique dumatériau dans ce calcul.17
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VII. Conclusions et perspectivesCes
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