Etude de la stabilité linéaire du mode acoustique longitudinal d'un propulseur à propergol solide

par Didier Mazon

Thèse de doctorat en Physique et modélisation des systèmes complexes

Sous la direction de Paul Clavin.

Soutenue en 1996

à Aix-Marseille 1 , en partenariat avec Université de Provence. Section sciences (autre partenaire) .

mots clés

• Stabilité
• Acoustique
• Propergols solides
• Écoulement permanent
• Propulsion par réaction

Résumé

Cette these est consacree a l'etude de la stabilite lineaire du mode acoustique longitudinal d'un propulseur a propergol solide. L'objectif est d'obtenir l'expression analytique du taux d'amortissement lineaire par les mecanismes stabilisants et d'identifier en particulier l'effet de l'ecoulement stationnaire. L'etude considere la dissipation moleculaire ainsi que la reponse instationnaire de la combustion et de la tuyere aux fluctuations de pression. L'analyse physique du probleme revele differents regimes classes suivant la valeur de la frequence acoustique. Pour les hautes et moyennes frequences, les modes acoustiques presentent un cisaillement de courte longueur d'onde, localise dans une couche limite pres de la paroi debitante. Pour les basses frequences, l'oscillation envahit toute la chambre. L'etude du regime intermediaire montre que la viscosite disparait de l'expression finale du taux d'amortissement par dissipation visqueuse. De plus, le bilan d'energie, effectue hors de la couche limite, met en evidence un mecanisme non dissipatif, represente par le tenseur du taux de deformation de l'ecoulement de base. Sa contribution au taux d'amortissement est du meme ordre de grandeur que celle apportee par la dissipation visqueuse ou par la tuyere (proportionnelle a la vitesse de combustion divisee par le rayon de la chambre). Le chapitre 2 traite de la resolution analytique du cas monophasique par des methodes de perturbations systematiques (echelles multiples et/ou developpements asymptotiques raccordes). Les resultats obtenus pour le domaine des frequences intermediaires montrent le role respectif des mecanismes d'amortissements, dissipatifs ou non. Pour les basses frequences, l'expression du taux d'amortissement reste le meme et les mecanismes sont identiques. Le chapitre 3 prend en compte l'amortissement supplementaire produit par des particules d'alumine en suspension dans les gaz brules. L'effet du cisaillement n'influence pas le resultat du taux d'amortissement par les particules qui reste egal a celui obtenu pour un mode acoustique longitudinal dans un milieu au repos

Titre traduit

Linear stability study of the longitudinal acoustical mode of a solid propellant propeller

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