Analyse de la stabilité et prévision de la transition laminaire : turbulent de l'écoulement proche paroi sur l'avant-corps d'un véhicule hypersonique

Stability analysis and laminar : turbulent transition prediction of the near wall flow over a hypersonic vehicle fore-body

• Auteur / Autrice : Marc Ferrier
• Direction : Iskender Gökalp
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Orléans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stabilité

Aérodynamique hypersonique

Couche limite

Écoulement laminaire

Résumé

L’objectif de cette étude est de prévoir la transition laminaire/turbulent de la couche limite sur l’avant-corps d’un véhicule hypersonique évoluant à des nombres de Mach compris entre 4 et 8 et à des altitudes variant de 20 à 30km. L’approche utilisée est celle de la croissance modale des perturbations (stabilité linéaire locale) couplée à la méthode du eN. Un code de stabilité a été développé pour cette étude. Il utilise un modèle spécifique pour le calcul des coefficients de transport et de chaleur spécifique de l’air. Un code Navier-Stokes (Fluent) est utilisé pour le calcul des profils de base. Cette approche a été validée sur plaque plane par comparaison avec des résultats de stabilité obtenus à partir de profils Levy-Lees. Les facteurs N sont calculés par la méthode enveloppe, en suivant des chemins d’intégration localement tangents à la vitesse de groupe. Une méthode originale du calcul, en approche spatiale, de la direction de cette vitesse est proposée. Les résultats de stabilité montrent un effet déstabilisant de la couche entropique due à l’émoussement du nez du véhicule. Cependant, l’instabilité majoritaire mise en évidence est de type CrossFlow. Dans certains cas, le premier mode oblique est également important. La présence du second mode droit est anecdotique. Une étude paramétrique permet de comparer les facteurs N par rapport au critère NASP (Rd2/Me) lorsque l’altitude puis l’incidence de vol varient. Dans le premier cas, les résultats concordent, dans le second, ils divergent. Ainsi, un nouveau critère basé sur la quantité d’écoulement transverse est développé. Ce dernier est en adéquation avec les résultats du calcul de stabilité pour tous les cas considérés.