Contribution to numerical simulation analysis of the flow in the ram accelerator in the subdetonative propulsion mode

par Tarek Bengherbia

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Pascal Bauer et de Yufeng Yao.

  • Titre traduit

    Contribution à l'étude des performances d'un accélérateur à effet stato en régime sous-détonatif


  • Résumé

    The purpose of this work is to examine in details the flow field characteristics of the thermally choked ram accelerator using five step kinetic reaction mechanisms. The results from the simulations are compared with experimental values from representative experiments at the University of Washington 38-mm-bore facility. The data that were used for comparison with theory were derived from experiments performed in a 16-m-long tube with CH4/O2/N2 propellant mixtures at pressures on the order of several MPa. The data derived from these CFD calculations were used to implement a one-dimensional computer code which has been developed to predict the thrust in the thermally chocked combustion mode and is aimed at providing data over a wide range of initial pressures, where the steady state calculation is no longer valid and the real gas effects must be accounted for. This code includes both steady and unsteady state calculations, using several equations of state. The predicted thrust and velocity agree well with experimental values. The code, which requires simple data input and very low computer capabilities, provides an easy and rapid access to the prediction of the ram accelerator performance in the thermally choked combustion regime, over a wide range of mixture compositions and fill pressures.


  • Résumé

    L'accélérateur par effet stato en régime sous-détonatif, caractérisés par une vitesse du projectile inférieure à la célérité de la détonation dans le mélange considéré est, à l'heure actuelle, le mieux connu. La compréhension des phénomènes mis en jeu dans cette technologie est subordonnée à une importante étude expérimentale associée à la mise au point de moyens numériques. C'est l'objet du travail présenté dans ce mémoire qui décrit numériquement, à l'aide d'un code CFD de combustion turbulente, le processus de combustion qui s'opère autour du projectile. Les résultats, comparés aux données expérimentales existantes disponibles au Laboratoire de l'Université de Washington, ont permis de parfaire la fiabilité d'un code de calcul monodimensionnel en régime sousdétonatif. Les calculs analytiques font intervenir des équations d'état dont la validité est discutée. La poussée générée par l'accélérateur est calculée et les valeurs déduites de cette analyse 1D sont en excellent accord avec les expériences. Cette démarche a pour but d'apporter une contribution en termes de prédiction des performances de poussée d'un accélérateur à effet stato et de choix du mélange réactif optimal.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XIV-177 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 145 réf.

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