RECHERCHE

2001 - 2002

Poursuite de l'étude sur l'écoulement dans la tuyère 3D transsonique:

le calcul de l'écoulement dans la tuyère de l'ONERA avec un nouveau schéma à capture de choc WENO (Weighted Essentially Non-Oscillatory Scheme) d'ordre trois a été entrepris. Ce shéma est moins dissipatif que le schéma d'Harten Yee utilisé pendant la thèse voir thèse. Le maillage utilisé est aussi un nouveau maillage mieux adapté à ce type de calcul, avec des mailles moins serrées aux parois pour avoir un pas de temps de calcul plus important. Il est également constitué de plus de points que le maillage utilisé pendant la thèse pour mieux résoudre les phénomènes physiques mis en jeu dans les différentes directions de l'espace.

Des spectres temporels ont été réalisés en aval de l'interaction entre l'onde de choc et la couche limite, proche de la paroi basse. On observe la présence de lachers de structures tourbillonnaires à une fréquence caractéristique en accord avec ce qui est mesuré dans le sillage de corps épais. Des corrélations spatiales ont également été reconstruites, dans une zone de l'écoulement quasi homogéne permettant d'accéder à des résultats sur la taille spatiale des structures cohérentes. Nous obtenons une échelle intégrale de l'ordre de Li = 4e-4 m. La taille des mailles dans cette partie de la tuyère vaut lm = 1e-5 m, ce qui montre que nous résolvons correctement ces structures à cette station.

Evolution de la composante U au cours du temps obtenue par le calcul WENO dans un plan vertical k fixé

Simulation statistique RANS 2D axisymétrique de l'écoulement dans une tuyère avec injection secondaire:

cette étude entre dans le cadre d'une collaboration entre le CNES, le CEMIF et le LIMSI sous la responsabilité de M. A. Chpoun à l'occasion d'un Workshop Atac-Tuyère. Les objectifs de ce travail consistent en une meilleure compréhension des écoulements secondaires produits lors du décollage de la fusée Ariane ainsi qu'un meilleur controle de ces phénomènes.
La tuyère de propulsion axisymétrique d'Ariane est optimisée pour obtenir une détente maximale des gaz pendant le vol à haute altitude. Il se pose le problème de l'optimisation de ces conditions de fonctionnement durant l'ensemble de la trajectoire, notamment au décollage. En début de parcours de la fusée, le régime du gaz dans la tuyère est sur-détendu et il se produit une onde de choc dans le divergent. L'onde de choc interagit avec les couches limites, générant des recirculations instationnaires à l'origine d'une augmentation des régimes de charges latérales importantes diminuant les performances de poussée de la tuyère.

Nous réalisons une étude numérique statistique RANS 2D axisymétrique dans une tuyère de l'ONERA pour laquelle il existe des résultats expérimentaux dans les conditions de la tuyère de propulsion au décollage. Dans un premier temps, seule la tuyère principale est simulée pour mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de ce régime. Dans un second temps, il est prévu de coupler la tuyère principale à une petite tuyère secondaire. L'injection de fluide dans la zone du décollement, proche de la paroi latérale, grace à la tuyère secondaire, doit permettre de mieux controler les propriétés de l'écoulement dans cette zone en le stabilisant pour faire diminuer les efforts transverses.

Géométrie et maillage de la tuyère

Champ U initial dans la tuyère (solution isentropique)

Champ U dans la tuyère à convergence (modèle de Wilcox)