Etude des processus physico-chimiques dans les écoulements détendus à haute enthalpie : application à la soufflerie à arc F4

par Johann William

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Raymond Brun.


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  • Résumé

    Le regain d'interet pour les projets de vehicules de rentree spatiaux a entraine la mise en uvre d'importants moyens d'essai en europe, et notamment la mise en exploitation de la soufflerie a arc f4 de l'onera (fauga-mauzac). Cette soufflerie hypersonique hyperenthalpique (a haute enthalpie - jusqu'a 20 mj/kg d'air - et a haute pression generatrices) est une installation unique au monde, utilisee aussi bien a des fins industrielles, qu'a des fins de recherche fondamentale. La methode de travail consiste a utiliser des resultats d'experience au sol, pour elaborer un modele physico-chimique theorique ou semi-empirique, qui sera a son tour integre dans les codes de calcul. Une confrontation calcul/experience validera ou non le modele. Ce n'est qu'une fois la validation au sol obtenue qu'une extrapolation sol-vol pourra etre envisager, extrapolation necessaire au dimensionnement aerothermodynamique des futurs vehicules spatiaux. Cette demarche necessite donc la meilleure comprehension possible des processus physico-chimiques, et en particulier une bonne connaissance de la nature thermochimique de l'ecoulement en sorte de tuyere. L'objectif de cette these est donc d'ameliorer la comprehension des ecoulements en tuyere. Au cours de campagnes d'essais a l'air et a haute enthalpie dans la tuyere2 de f4, une anomalie a ete mise en evidence dans l'interpretation des resultats de mesures experimentales sur la distribution parietale de pression statique et de flux sur les maquettes generiques electre et hyperboloide+volet. A la suite de cette observation, des mesures diode laser a absorption spectroscopique (mesure de vitesse, de temperature de translation, de concentration de no/co) ont ete entreprises dans le jet libre en sortie de tuyere. Le niveau de temperature de translation mesure est de l'ordre de 2 a 3 fois celui d'un calcul en desequilibre thermochimique classique. Cette tendance a ete corroboree par les mesures de pression statique parietales en tuyere. Dans cette these, plusieurs hypotheses sont avancees pour interpreter les niveaux des mesures : tout d'abord des facteurs endogenes au gaz sont analyses. Parmi eux, le couplage vibration-recombinaison apparait comme etant l'une des possibilites du phenomene observe. Le second facteur est un facteur exogene au gaz lie a la presence de particules solides de carbone issues de l'erosion ou de l'ablation des parties carbonees constituant la chambre a arc. Enfin, cette these presente un code de calcul monodimensionnel rapide, casl (computation along the stagnation line), developpe dans le but d'accompagner la reconstruction de l'ecoulement sur les sondes de flux de reference placees en sortie de tuyere. Ce code permet de resoudre les equations de navier-stokes sur la ligne d'arret d'un corps emousse pour un ecoulement en desequilibre thermochimique faiblement ionise. Son application est illustree par l'etude d'un cas de vehicule de rentree tridimensionnel (x38).

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Informations

  • Détails : 2 vol., 622 f
  • Annexes : Bibliogr.: f. 608-622

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