Vectorisation fluidique de la poussée d'une tuyère axisymétrique supersonique par injection secondaire

par Vladeta Zmijanovic

Thèse de doctorat en Physique. Aérothermodynamique

Sous la direction de Amer Chpoun et de Iskender Gökalp.

Soutenue le 16-04-2013

à Orléans , dans le cadre de École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire) , en partenariat avec Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...) (laboratoire) .

Le président du jury était David Zeitoun.

Le jury était composé de Amer Chpoun, Iskender Gökalp, David Zeitoun, Pascal Bauer, Konstantinos Kontis, Luc Leger, Sandrine Palerm, Mohamed Sellam.

Les rapporteurs étaient David Zeitoun, Pascal Bauer.

mots clés

• Tuyère propulsive
• Vectorisation de la poussée
• Ecoulement transversal supersonique
• Interaction de choc
• Décollement
• Force latérale aérodynamique
• Tuyères supersoniques
• Écoulement croisé
• Décollement des écoulements

Résumé

La vectorisation de la poussée d'une tuyère propulsive supersonique axisymétrique est étudiée par le biais d'une injection fluidique transversale dans sa partie divergente. Cette étude menée dans le cadre du programme PERSEUS du CNES a été motivée par la recherche d'une solution alternative au pilotage conventionnel de la poussée par actionneurs mécaniques. Le travail de la thèse, tout en s'appuyant sur des approches expérimentale et numérique, comprend essentiellement une large étude paramétrique concernant principalement la position de l'injection, la forme de la tuyère, la nature et le débit du fluide injecté. L'analyse des résultats montre que pour certaines configurations optimales, des angles de déviation pertinents peuvent être obtenus pour des taux d'injections modérés. L'analyse numérique étendue aux écoulements chauds multi-espèces, plus proches des applications réelles, a montré que la vectorisation fluidique reste très performante lors de l'injection de produits de combustion dans le divergent.

mots clés

• Rocket nozzle
• Thrust vectoring
• Supersonic cross-flows
• Shock interaction
• Flow separation
• Side loads

Titre traduit

Secondary injection fluidic thrust vectoring of an axisymmetric supersonic nozzle

Résumé

Secondary injection into the divergent section of a supersonic rocket nozzle is investigated for the fluidic thrust vectoring effects. The study was conducted in the framework of CNES PERSEUS program and was motivated by the need for an alternative vectoring solution aimed for a small space launcher. The thesis work, based on the combined experimental and numerical approaches, essentially comprises of a wide parametric study mainly concerning the position of the injection, the shape of the primary and injection nozzles, flow regime, gas thermophysical properties and injected fluid mass-flow-rate. The analysis shows that for some optimal configurations, pertinent deflection angles can be obtained using the moderate injection rates. Furthermore, the study was extended to the hot flow multi-species investigation, simulating a case closer to the real applications. This numerical analysis indicated that the fluidic vectoring method remains effective with injection of combustion products into the divergent section of a propulsive rocket nozzle.