Méthodes de calcul des couches limites laminaires hypersoniques : application à la navette HERMES

par Alexandre Corjon

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Bertrand Aupoix.

Soutenue en 1992

à École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007) .

mots clés

• Équilibre chimique
• Méthode de caractéristiques
• Approche déficitaire
• Développement asymptotique raccordé
• Point d'arrêt tridimensionnel
• Aérodynamique hypersonique
• Couche limite laminaire
• Modèles mathématiques
• Hermès (navette spatiale)
• Avions -- Stabilité

Résumé

Le dimensionnement des véhicules de rentrée atmosphérique tels que la navette HERMES nécessite des calculs visqueux. Ces calculs ont été effectués ici à l'aide d'une approche Euler plus couche limite. Une nouvelle méthode, utilisant les directions caractéristiques, a été employée pour résoudre les équations de couche limite tridimensionnelle. Les termes de convection des équations de quantité de mouvement et d'énergie sont discrétisés le long des lignes de courant. Ce schéma semi-implicite est très efficace et permet de calculer de part et d'autre d'un décollement ouvert. On fait l'hypothèse de gaz à l'équilibre thermique et chimique et le diagramme de Mollier utilise comporte neuf espèces. De plus, l'interface entre le code Euler et le code de couche limite a été améliorée. Une nouvelle méthode de remaillage au point d'arrêt a été développée ainsi qu'une approche multi-domaines. Lors de la rentrée atmosphérique, une onde de choc courbe détachée apparait à l'avant du nez émoussé du véhicule et entraine la création d'un gradient d'entropie dans la couche de choc. Pour traiter le phénomène d'avalement d'entropie, on utilise l'approche déficitaire. Dans la région interne, le développement asymptotique ne fait plus intervenir les variables physiques, mais la différence entre les solutions visqueuse et non visqueuse. Les équations de couche limite déficitaire sont obtenues pour le gaz parfait et le gaz à l'équilibre. D'autre part, trois méthodes ont été proposées pour calculer une solution des équations de couche limite déficitaire dans la région du point d'arrêt. Les calculs pour les approches classique et déficitaire sur différentes géométries (aile delta NASA, HERMES, aile delta MBB) donnent des résultats en bon accord avec d'autres résultats numériques et expérimentaux et montrent la capacité de la méthode à représenter des écoulements complexes. Tous les calculs non visqueux sont dus à l’aérospatiale.

Titre traduit

Laminar hypersonic boundary layer computation methods : application to european space shuttle hermes

Pas de résumé disponible.