Dissertations / Theses: 'Moteur à Propergol Solide'

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Breil, Jérôme. "Modélisation du remplissage en propergol de moteur à propulsion solide." Bordeaux 1, 2001. http://www.theses.fr/2001BOR10505.

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Abstract:

Cette these propose une modelisation numerique du remplissage en propergol de moteur a propulsion solide permettant de prendre en compte plusieurs fluides. La resolution des equations de navier-stokes diphasiques est assuree par une methode composee d'une premiere etape utilisant la methode du lagrangien. Augmente corrige par une methode de projection vectorielle. Le transport d'interface est assure par un suivi d'interface volumique sur maillage fixe, la methode vof ciam. La methodologie est validee, dans un premier temps, sur une maquette experimentale representative des geometries complexes rencontrees dans l'industrie des missiles. Des resultats sur une maquette remplie avec plusieurs fluides nous permettent de valider le modele de remplissage de gros chargement. La segregation des particules presentes dans le propergol est prise en compte par le modele de phillips. Le modele est alors valide sur l'ecoulement dans un canal charge en particules. Les interets de la simulation numerique sont mis en avant dans le cas de la grosse propulsion par l'etude du remplissage des boosters d'ariane v lors d'un cas de panne.

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Chedevergne, François. "Instabilités intrinsèques des moteurs à propergol solide." Toulouse, ENSAE, 2007. http://www.theses.fr/2007ESAE0009.

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Abstract:

Les longs moteurs segmentés à propergol solide sont sujets à des oscillations de poussée (ODP), particulièrement en ﬁn de tir. Il a été montré que ces oscillations sont liées à des fluctuations de pression de l'écoulement interne. Les fréquences des oscillations obtenues étant proches de celles des modes de cavité des moteurs, on a longtemps cru à l'émergence de ﬂuctuations acoustiques pour expliquer les ODP. Cette thèse montre qu’en fait c’est l'ampliﬁcation de modes propres de l'écoulement qui est à l’origine du phénomène. L'ampliﬁcation résulte du couplage des modes propres avec les modes de cavités qui se produit lors du croisement de leurs fréquences respectives. Pour parvenir à cette conclusion, une étude de stabilité linéaire dite bigiobale a été menée aﬁn d’identiﬁer les modes propres de l’écoulement. Après une validation des résultats de stabilité à l’aide de simulations numériques directes (DNS), l'émergence de modes propres par couplage avec l’acoustique a été reproduite lors de calculs DNS. Une fois ces résultats acquis, on s'intéresse alors aux comparaisons entre théorie et expériences en se basant en particulier sur une analyse temps-fréquence des signaux de pression issus de tirs de moteurs à échelles réduites. Les pulsations résultant des calculs de stabilité sont rendues dimensionnelles en prenant en compte l’évolution des paramètres de l'écoulement, simulant ainsi la régression des blocs de propergol. On obtient finalement un réseau de modes propres dont les fréquences évoluent dans le temps et on trouve ainsi un très bon accord entre les valeurs théoriques et expérimentales. La cohérence de l'ensemble des résultats fournis par les expériences, les modélisations théoriques et les calculs numériques permet de construire in ﬁne notre modèle d’apparition des ODP.

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Genot, Aurélien. "Instabilités thermoacoustiques dans les moteurs à propergol solide." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLC032/document.

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Abstract:

Dans un moteur à propergol solide, des instabilités thermoacoustiques auto-entretenues, induites par le couplage de la dynamique de la combustion des gouttes d’aluminium, libérées par la combustion du propergol, avec le champ acoustique peuvent induire des oscillations de pression.L’analyse menée tout au long de ce manuscrit repose sur un ensemble d’hypothèses simplificatrices: (i) la réponse de la combustion de gouttes d’aluminium aux perturbations acoustiques est contrôlée par l’écoulement local autour de la goutte, (ii) le processus de combustion peut être supposé quasi stationnaire pour la gamme de fréquences et les amplitudes acoustiques étudiées et (iii) la combustion de l’aluminium est brusquement arrêtée lorsque le diamètre de la goutte d’aluminium diminue en dessous d’un diamètre résiduel.L’instabilité thermoacoustique est étudiée au moyen de simulations numériques de l’écoulement dans un moteur générique et d’analyses théoriques. Le diamètre résiduel des gouttes d’aluminium après la combustion, l’amplitude de la perturbation acoustique et la durée de la combustion des gouttes d’aluminium figurent parmi les principaux paramètres modifiant l’instabilité. En outre, trois comportements de réponse de la combustion à l’acoustique sont identifiés : un comportement linéaire pour les faibles niveaux de pression acoustique puis un comportement quadratique (faiblement non-linéaire) et enfin un comportement fortement non-linéaire quand l’amplitude des oscillations augmente.Ensuite, deux aspects importants de la réponse des gouttes d’aluminium sont identifiés. Ils sont associés aux oscillations de la durée du temps de combustion des gouttes, identifiables à la frontière du nuage de gouttes, et aux fluctuations du taux d’évaporation contrôlées par la convection de l’écoulement gazeux autour de chaque goutte. Tenant compte de ces dynamiques,des expressions analytiques sont obtenues permettant de reproduire avec précision les résultats numériques des simulations de l’écoulement. Quatre nombres sans dimension qui régissent la dynamique de ces instabilités sont également identifiés. Inspiré de l’analyse théorique précédente, un modèle numérique d’ordre réduit faiblement non linéaire est finalement développé pour prédire des cycles limites In a solid rocket motor, self-sustained thermo-acoustic instabilities, induced by the coupling of the combustion dynamics of aluminum droplets released by the burning propellant with the acoustic field can induce pressure oscillations.The analysis conducted throughout this manuscript relies thus on a set of simplifying hypothesis by assuming (i) that the response of the combustion of aluminum droplets to acoustic perturbations is controlled by the oscillating drag exerted by the local flow around the droplet, (ii) that this unsteady combustion process can be assumed quasi-steady for the range of frequencies and acoustic amplitudes studied and (iii) that aluminum combustion is abruptly quenched when the aluminum droplet diameter falls below a residual diameter.The thermo-acoustic instability is studied first by numerical flow simulations in a generic solid rocket motor and theoretical analyses. The post-combustion residual diameter of the aluminum particles, the amplitude of acoustic perturbation and the lifetime of the burning aluminum droplets are among the main parameters altering the instability. Also, three combustion response behaviors to acoustics are identified : a linear behavior for small acoustic pressure levels followed by a quadratic behavior then a highly non-linear behavior when the pressure amplitude increases in the motor chamber. Moreover, two important features of the response of aluminum droplets are identified. They are associated to oscillations of the droplet lifetime at the boundary of the droplet cloud and to fluctuations of the droplet evaporation rate, controlled by convection. The dynamics of the droplets highly depends on gas and droplet velocity fields and on droplet diameter. Taking these features into account, yields analytical expressions that allow to reproduce with accuracy the numerical results from the flow simulations. Four dimension less numbers are then identified. They govern the dynamics of these instabilities. Inspired from the previous theoretical analysis, a weakly nonlinear low-order numerical model is finally developed to predict limit cycles

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Joumani, Youssef. "Transferts radiatifs dans les moteurs à propergol solide." Valenciennes, 2001. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/95e74661-8e9a-4d99-863a-817cdf44b81e.

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Abstract:

Dans les moteurs à propergol solide, les rayonnements qui sont régis par l'équation du transfert radiatif (ETR) sont souvent considérés comme négligeables et les modélisations utilisées pour calculer ces transferts sont souvent primaires. L'objet de ce mémoire est de présenter des modèles réalistes pour simuler les transferts radiatifs en propulsion solide. La première démarche a consisté à élaborer une nouvelle méthode numérique pour discrétiser l'ETR. Cette méthode est une variante de la méthode des ordonnées discrètes. Elle a été élaborée de manière à être intégrable dans un code aérothermochimique utilisé pour simuler les écoulements complexes de propulsion solide. La seconde démarche a été de proposer une modélisation spectrale du comportement radiatif des gaz chauds et des particules d'alumine liquide qui composent ces écoulements. Pour modéliser le rayonnement des gaz, une variante du High Pressure Box Model a été proposée. Il a été démontré que ce modèle, valable a des pressions supérieures à 5 atm, peut l'être à pression atmosphérique sous certaines conditions. Pour traiter le rayonnement des particules, nous avons utilise la théorie de Mie et propose une nouvelle approche qui consiste à moyenner les propriétés radiatives (efficacités et fonctions de phase) sur un intervalle spectral étroit. Les différents modèles ont été intégrés dans un code de rayonnement puis appliqués au cas du moteur LP5. L'analyse des résultats numériques et expérimentaux a montre les imprécisions des simulations et a signale l'existence de problèmes expérimentaux.

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Doisneau, François. "Eulerian modeling and simulation of polydisperse moderately dense coalescing spray flows with nanometric-to-inertial droplets : application to Solid Rocket Motors." Thesis, Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2013. http://www.theses.fr/2013ECAP0030/document.

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Abstract:

Dans un moteur à propergol solide, l’écoulement dépend fortement des gouttes d’alumine en suspension, dont la fraction massique est élevée. La distribution en taille des gouttes, qui s’élargit avec la coalescence, joue un rôle clef. Or résoudre des écoulements diphasiques polydisperses instationnaires avec une bonne précision sur la taille est un défi à la fois sur le plan de la modélisation et du calcul scientifique: (1) de très petites gouttes, par exemple résultant de la combustion de nanoparticules d’aluminium, subissent mouvement brownien et coalescence, (2) de petites gouttes ont leur vitesse conditionnée par leur taille de sorte qu’elles coalescent lorsqu’elles ont des tailles différentes, (3) des gouttes plus grosses peuvent se croiser par effet d’inertie et (4) toutes les gouttes interagissent de manière fortement couplée avec la phase porteuse. En complément des approches lagrangiennes, des modèles eulériens ont été développés pour décrire la phase dispersée à un coût raisonnable, et ils permettent un couplage aisé avec la phase porteuse ainsi que la parallélisation massive des codes: les approches eulériennes sont bien adaptées aux calculs industriels. Le modèle Multi-Fluide permet la description détaillée de la polydispersion, des coreélations taille/vitesse et de la coalescence, en résolvant séparément des “fluides” de gouttes triées par taille, appelés sections. Un ensemble de modèles est évalué dans cette thèse et une stratégie numérique est développée pour effectuer des calculs industriels de moteurs à propergol solide. (1) La physique des nanoparticules est évalué et incluse dans un modèle de coalescence complet. Des méthodes de moments d’ordre élevé sont ensuite développées: (2) une méthode à deux moments en taille est étendue à la coalescence pour traiter la physique de la polydispersion et les développements numériques connexes permettent d’effectuer des calculs applicatifs dans le code industriel CEDRE; (3) une méthode basée sur les moments en vitesse du deuxième ordre, un schéma de transport à l’ordre deux sur maillages structurés ainsi qu’un modèle de coalescence sont développés. Des validations académiques de la stratégie pour gouttes d’inertie modérée sont effectuées sur des écoulements complexes puis avec de la coalescence; (4) une stratégie d’intégration en temps est développée et mise en œuvre dans CEDRE pour traiter efficacement le couplage fort, dans des cas instationnaires et polydisperses incluant de très petites particules. L’ensemble des développements est soigneusement validé: soit par des formules analytiques ad hoc pour la coalescence et pour le couplage fort d’une onde acoustique; soit par des comparaisons numériques croisées avec une DPS pour la coalescence et avec des simulations lagrangiennes de cas applicatifs, coalescents et fortement couplés; soit par des résultats expérimentaux disponibles sur une configuration académique de coalescence et sur un tir de moteur à échelle réduite. La stratégie complète permet des calculs applicatifs à un coût raisonnable. En particulier, un cal- cul de moteur avec des nanoparticules permet d’évaluer la faisabilité de l’approche et d’orienter les efforts de recherche sur les propergols chargés de nanoparticules In solid rocket motors, the internal flow depends strongly on the alumina droplets, which have a high mass fraction. The droplet size distribution, which is wide and spreads up with coalescence, plays a key role. Solving for unsteady polydisperse two- phase flows with high accuracy on the droplet sizes is a challenge for both modeling and scientific computing: (1) very small droplets, e.g. resulting from the combustion of nanoparticles of aluminum fuel, encounter Brownian motion and coalescence, (2) small droplets have their velocity conditioned by size so they coalesce when having different sizes, (3) bigger droplets have an inertial behavior and may cross each other’s trajectory, and (4) all droplets interact in a two-way coupled manner with the carrier phase. As an alternative to Lagrangian approaches, some Eulerian models can describe the disperse phase at a moderate cost, with an easy coupling to the carrier phase and with massively parallel codes: they are well-suited for industrial computations. The Multi- Fluid model allows the detailed description of polydispersity, size/velocity correlations and coalescence by separately solving “fluids” of size-sorted droplets, the so-called sections. In the present work, we assess an ensemble of models and we develop a numerical strategy to perform industrial computations of solid rocket motor flows. (1) The physics of nanoparticles is assessed and included in a polydisperse coalescing model. High order moment methods are then developed: (2) a Two-Size moment method is ex- tended to coalescence to treat accurately the physics of polydispersity and coalescence and the related numerical developments allow to perform applicative computations in the industrial code CEDRE; (3) a second order velocity moment method is developed, together with a second order transport scheme, to evaluate a strategy for a moderately inertial disperse phase, and academic validations are performed on complex flow fields; (4) a time integration strategy is developed and implemented in CEDRE to treat efficiently two-way coupling, in unsteady polydisperse cases including very small particles. The developments are carefully validated, either through purposely derived analytical formulae (for coalescence and two-way acoustic coupling), through numerical cross-comparisons (for coalescence with a Point-Particle DNS, for applicative cases featuring coalescence and two-way coupling with a Lagrangian method), or through available experimental results (for coalescence with an academic experiment, for the overall physics with a sub-scale motor firing). The whole strategy allows to perform applicative computations in a cost effective way. In particular, a solid rocket motor with nanoparticles is computed as a feasibility case and to guide the research effort on motors with nanoparticle fuel propellants

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Feraille, Thierry. "Instabilités de l'écoulement interne des moteurs à propergol solide." École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007), 2004. http://www.theses.fr/2004ESAE0008.

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Abstract:

Les longs moteurs à propergol solide peuvent présenter des oscillations de poussée dues à des fluctuations de la pression dans la chambre de combustion. Une source de ces ﬂuctuations peut être l'instabilité de l'écoulement interne (écoulement de Taylor), dont l’étude au sens classique a déja été effectuée par J. Griffond (2001) sur l'écoulement monophasique. Elle est présentée au premier chapitre, ainsi que le problème des oscillations de poussée et une première analyse des mesures effectuées sur divers montages expérimentaux. Dans le but d’augmenter l'impulsion spéciﬁque du moteur, le propergol contient des particules d’aluminium relachées dans l'écoulement. Aﬁn de prendre en compte la présence de ces particules, un nouvel écoulement de base, alors diphasique, doit être recherché. C’est ce qui est fait au chapitre 2. L’étude de stabilité de cet écoulement y est aussi menée, et montre finalement une faible inﬂuence des particules sur la stabilité. Une modélisation de la combustion y est aussi donnée dans le but de fournir un modèle homogène pour une étude de stabilité, mais celle-ci n’est pas faite ici. L'approche classique de stabilité ne suffit pas à décrire toutes les observations expérimentales. Pour cela, une nouvelle approche de la stabilité est mise en œuvre dans le chapitre 3. Il s’agit d’une approche globale de la stabilité de l'écoulement qui prend en compte le caractère non-parallèle de l'écoulement de Taylor. Les résultats théoriques montrent un bon accord avec les mesures effectuées sur les maquettes et sur Ariane 5.

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Muller, Mathieu. "Modélisation de la combustion de gouttes d'aluminium dans les conditions d'un moteur fusée à propergol solide." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS267.

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Abstract:

L’objet de cette thèse est d’étudier la combustion de gouttes d’aluminium (Al) dans les conditions d’un moteur-fusée à propergol solide. On a besoin de modéliser ce processus pour évaluer le temps de combustion et la taille des résidus car leur caractérisation dans les conditions réelles est très complexe. Un modèle de combustion d’une goutte en approche multiphysique à symétrie sphérique a été développé tenant compte de nombreux phénomènes physico-chimiques. Ce modèle a été validé et utilisé pour étudier les mécanismes réactionnels en phase gazeuse et en surface. Des simulations en ambiance contrôlée ont été réalisées et les résultats obtenus sont comparés aux données expérimentales de la littérature. L’étude de la combustion de deux classes de gouttes d’Al (particule primaire et agglomérat) en ambiance typique d’un booster Ariane 5 a été menée afin d’évaluer l’effet des différentes cinétiques hétérogènes de surface sur le processus de combustion simulé. Suite à l’intégration du modèle de surface réactive dans le code CEDRE de l’ONERA, les simulations de la combustion ont été poursuivies en approche bidimensionnelle axisymétrique afin d’étudier l’influence de la calotte en surface de la goutte et de la convection des gaz oxydants. La simulation de la combustion établie des deux classes de goutte à 5 et 9 MPa à différents stades d’avancement a permis d’évaluer les caractéristiques principales de la combustion et d’en déduire une loi de combustion globale. Enfin, la phase de chauffage avant établissement de la combustion a été étudiée pour compléter la caractérisation The purpose of this thesis is to study the aluminum (Al) droplet combustion in solid rocket motor propellant. We need to model this process to evaluate the burning time and the residues length because their characterization in real conditions is very complex. A combustion model of a single droplet with a multiphysical spherical approach has been developed taking into account various phenomena. This model has been validated and used to study gaseous and surface mechanisms. Simulations in controlled atmospheres were made and the results were compared to experimental data. The study of the combustion of two particle classes (primary particle and agglomerate) under conditions typical for the Ariane 5 solid booster was conducted to evaluate the effect of different heterogeneous surface kinetics on the simulated combustion process. After the integration of the reactive surface model in the ONERA code CEDRE, simulations of the combustion using a two-dimensional axisymmetric approach were made to study the impact of the cap on the droplet surface and the convection velocity of oxidizers. By simulating the established combustion of two droplet classes at two pressures (5 and 9 MPa) in different stages of combustion, we evaluated main characteristics of the combustion and we deducted a global burning law. Finally, the heating of the droplet before an established combustion was studied to complete the characterization

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Poubeau, Adèle. "Simulation des émissions d'un moteur à propergol solide : vers une modélisation multi-échelle de l'impact atmosphérique des lanceurs." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30039/document.

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Abstract:

Les lanceurs ont un impact sur la composition de l'atmosphere, et en particulier sur l'ozone stratospherique. Parmi tous les types de propulsion, les moteurs à propergol solide ont fait l'objet d'une attention particulière car leurs émissions sont responsables d'un appauvrissement significatif d'ozone dans le panache des lanceurs lors des premières heures suivant le lancement. Ce phénomène est principalement dû à la conversion de l'acide chlorhydrique, un composé chimique présent en grandes quantités dans les émissions de ce type de moteur, en chlore actif qui réagit par la suite avec l'ozone dans un cycle catalytique similaire à celui responsable du "trou de la couche d'ozone", cette diminution périodique de l'ozone en Antarctique. Cette conversion se produit dans le panache supersonique, où les hautes températures favorisent une seconde combustion entre certaines espèces chimiques du panache et l'air ambiant. L'objectif de cette étude est d'évaluer la concentration de chlore actif dans le panache d'un moteur à propergol solide en utilisant la technique des Simulations aux Grandes Echelles (SGE). Le gaz est injecté à travers la tuyère d'un moteur et une méthode de couplage entre deux instances du solveur de mécanique des fluides est utilisée pour étendre autant que possible le domaine de calcul derrière la tuyère (jusqu'à l'équivalent de 400 diamètres de sortie de la tuyère). Cette méthodologie est validée par une première SGE sans chimie, en analysant les caractéristiques de l'écoulement supersonique avec co-écoulement obtenu par ce calcul. Ensuite, le chimie mettant en jeu la conversion des espèces chlorées a été étudiée au moyen d'un modèle "hors-ligne" permettant de résoudre une chimie complexe le long de lignes de courant extraites d'un écoulement moyenné dans le temps résultant du calcul précédent (non réactif). Enfin, une SGE multi-espèces est réalisée, incluant un schéma chimique auparavant réduit afin de limiter le coût de calcul. Cette simulation représente une des toutes premières SGE d'un jet supersonique réactif, incluant la tuyère, effectuée sur un domaine de calcul aussi long. En capturant avec précision le mélange du panache avec l'air ambiant ainsi que les interactions entre turbulence et combustion, la technique des simulations aux grandes échelles offre une évaluation des concentrations des espèces chimiques dans le jet d'une precision inédite. Ces résultats peuvent être utilisés pour initialiser des calculs atmosphériques sur de plus larges domaines, afin de modéliser les réactions entre chlore actif et ozone et de quantifier l'appauvrissement en ozone dans le panache Rockets have an impact on the chemical composition of the atmosphere, and particularly on stratospheric ozone. Among all types of propulsion, Solid-Rocket Motors (SRMs) have given rise to concerns since their emissions are responsible for a severe decrease in ozone concentration in the rocket plume during the first hours after a launch. The main source of ozone depletion is due to the conversion of hydrogen chloride, a chemical compound emitted in large quantities by ammonium perchlorate based propellants, into active chlorine compounds, which then react with ozone in a destructive catalytic cycle, similar to those responsible for the Antartic "Ozone hole". This conversion occurs in the hot, supersonic exhaust plume, as part of a strong second combustion between chemical species of the plume and air. The objective of this study is to evaluate the active chlorine concentration in the far-field plume of a solid-rocket motor using large-eddy simulations (LES). The gas is injected through the entire nozzle of the SRM and a local time-stepping method based on coupling multi-instances of the fluid solver is used to extend the computational domain up to 400 nozzle exit diameters downstream of the nozzle exit. The methodology is validated for a non-reactive case by analyzing the flow characteristics of the resulting supersonic co-flowing under-expanded jet. Then the chemistry of chlorine is studied off-line using a complex chemistry solver applied on trajectories extracted from the LES time-averaged flow-field. Finally, the online chemistry is analyzed by means of the multi-species version of the LES solver using a reduced chemical scheme. To the best of our knowledge, this represents one of the first LES of a reactive supersonic jet, including nozzle geometry, performed over such a long computational domain. By capturing the effect of mixing of the exhaust plume with ambient air and the interactions between turbulence and combustion, LES offers an evaluation of chemical species distribution in the SRM plume with an unprecedented accuracy. These results can be used to initialize atmospheric simulations on larger domains, in order to model the chemical reactions between active chlorine and ozone and to quantify the ozone loss in SRM plumes

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Pascal, Jérôme. "Vitesse de combustion d'un propergol solide composite en présence d'oscillations de la vitesse de l'écoulement." Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112066.

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Abstract:

Le couplage entre les oscillations de vitesse de l'écoulement dans un moteur-fusée à propergol solide et la combustion du propergol est décrit par un modèle phénoménologique. Ce dernier est une adaptation des modèles de combustion érosive des propergols composites qui rendent compte des observations expérimentales en régime stationnaire. Les effets de seuil sont intégralement pris en compte dans la loi de vitesse de combustion érosive instationnaire. Les expressions générales de la vitesse de combustion érosive moyenne, de la réponse linéaire à une oscillation sinusoïdale de la vitesse, ainsi que de la réponse sur un harmonique de rang quelconque, en sont déduites. Ces expressions sont intégrées à un programme de calcul et sont appliquées à l'analyse de mesures effectuées au propulseur à éjection modulée. Leur utilisation permet de remonter De manière satisfaisante aux effets des oscillations de vitesse sur l'érosion moyenne pression mesurée et sur la réponse linéaire du propergol déduite du champ de pression acoustique. Indépendamment, une étude de l'influence d'une phase condensée présente dans les produits de combustion est entreprise pour être appliquée au cas d'un propergol aluminisé.

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Cerqueira, Stéphane. "Étude du couplage aéro-mécanique au sein des moteurs à propergol solide." Thesis, Paris, ENMP, 2012. http://www.theses.fr/2012ENMP0011/document.

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Abstract:

Les Moteurs à Propergol Solide sont le siège d'instabilités de combustion qui se manifestent par des fluctuations de la pression interne et, en conséquence, de la poussée induite. Les phénomènes oscillatoires observés résultent d'un couplage entre l'acoustique de la chambre de combustion et une ou plusieurs instabilités hydrodynamiques de l'écoulement interne.Dans cette thèse, on s'intéresse à l'étude de l'écoulement induit par injection pariétale en géométrie axisymétrique. Plus particulièrement, on se concentre sur l'interaction qui peut avoir lieu entre cet écoulement et une structure : les Protections Thermiques de Face.Une étude expérimentale reposant sur le montage gaz froid VALDO de l'ONERA, modélisation représentative des MPS P230, a permis d'examiner l'influence d'obstacles, rigides et en élastomère, sur les instationnarités de l'écoulement. Le caractère instable de l'écoulement induit par injection pariétale est alors confirmé et le rôle primordial joué par les PTF sur les fréquences émergeant au sein de l'écoulement a été identifié.L'analyse de stabilité linéaire de l'écoulement, conduite en approche globale, permet l'étude de sa dynamique en tant qu'amplificateur de bruit. Les m¶mécanismes mis en jeu dans l'instabilité de l'écoulement induit par injection pariétale ainsi que son interaction complexe avec la couche de cisaillement issue de l'obstacle sont analysés. La réponse de l'écoulement à un forçage harmonique est alors examinée à la lumière des résultats expérimentaux.Cette étude a été complétée par une approche numérique de l'Interaction Fluide-Structure sur une configuration jugée critique. Une étape préliminaire à la simulation multi-physique est l'élaboration d'un modèle réaliste du comportement des PTF en élastomère. L'identification et la prise en considération des mécanismes propres aux élastomères dans la loi de comportement est ainsi détaillée. Les résultats issus des simulations sont confrontés aux résultats expérimentaux et rendent possible la validation d'un scénario de couplage dédié à l'Interaction Fluide-Structure au sein des MPS Fluid Structure Interaction of an inhibitor with the internal flow induced by wall injection was studied in an axisymmetric cold flow apparatus. Experiments were carried out over a wide range of injection velocities in order to underline how the obstacle not only modifies the mean flowfield but also its entire dynamic behaviour.The resulting instability (from the interaction of the unstable shear layer with the Taylor-Culick flow) exhibits a significant shift with respect to the Taylor-Culick instability and therefore emphasizes the strong impact of the inhibitor on hydrodynamics.The mecanisms responsible of such behaviour are studied in this thesis with the help of global linear stability analysis and multi-physics numerical computations

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Kiyoshi, Shimote Wilson. "Modélisation des phénomènes d'ablation de l'insert d'une tuyère de moteur-fusée à propergol solide. Approche expérimentale et numérique." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2016. http://www.theses.fr/2016ESMA0028/document.

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Abstract:

L'analyse et la compréhension des mécanismes d'érosion en présence d'un environnement critique au niveau de pression et de température des produits de combustion d'un propergol solide au sein d'une tuyère de moteur fusée, constituent l'objectif principal de ce présent mémoire. Les principaux paramètres, le pourcentage d'aluminium dans l'écoulement, la température adiabatique de flamme.le flux de chaleur en face de la géométrie de l' insert et ses propriétés thermochimiques, sont plus particulièrement étudiés à travers une approche numérique et expérimentale. Le phénomène d'ablation qui se produit au niveau de l' insert d'une tuyère pendant le fonctionnement du moteur propergol solide est ainsi étudié et des résultats d'essais des moteurs à échelle réduite et pleine sont présentés puis simulés numériquement. En effet, les essais mis en place, riches en résultats sur les conditions du matériau de l'insert avant et après le tir, ne permettent pas une analyse complète du développement des mécanismes en jeu au cours du temps de fonctionnement des moteurs. Pour introduire ces phénomènes physiques plutôt complexes, une stratégie de développement progressive est mise en place. Au départ, un modèle 1D a traité les équations de transfert de chaleur utilisant une technique de discrétisation numérique multi-blocs. A partir de la méthode 1D, des expressions simples pour représenter l'évolution des fronts d'ablation et de pyrolyse sont définies.Ces expressions sont alors utilisées de façon directe sur le traitement des problèmes axisymétriques et confrontées avec les simulations du moteur test. Finalement, la méthode aux frontières immergées est appliquée pour traiter du couplage entre l'écoulement et l'insert, mettant en évidence le phénomène d'ablation. Les simulations numériques reproduisent les résultats expérimentaux et montrent une méthodologie numérique robuste, correspondant à des attentes en ce qui concerne l'évaluation du phénomène d'ablation au sein d'une tuyère de moteur fusée The main objective of this study is understand the ablation mechanisms in the presence of a critical environment in pressure and temperature within a solid propellant rocket motor. The well-known parameters, aluminum percentage in the flow, adiabatic flame temperature and the consequent heat flux in front of the geometry of the insert and its thermochemical properties are studied from anumerical and experimental strategy. The ablation phenomenon, which occurs at the nozzle insert during the operation of the solid propellant rocket motor, is th us studied and results of tests of the small and full-scale motors are presented as well as numerically simulated. Indeed, tests carried-out provide results on the conditions of the material of the insert before and after firing tests, do not allow is to provide a complete analysis of the development of the mechanisms involved during the running time of the engines. To introduce these rather complex physical phenomena a strategy of progressive development is followed. Initially, a 1D model treated the heat transfer equations using a multi-block numerical discretization technique. From the 1D method, simple expressions to represent the evolution of the ablation and pyrolysis fronts are defined. These expressions are then used directly on the treatment of axisymmetric problems and confronted with simulations of the scale motor. Finally, the immersed boundary method is applied to tackle coupling between flow and heat transfer on the insert, highlighting the phenomenon of ablation. The numerical simulations reproduce the experimental results and show a robust numerical methodology, corresponding to expectations in what concerns the evaluation of the ablation phenomenon within a solid propellant rocket motor nozzle

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Lacassagne, Laura. "Simulations et analyses de stabilité linéaire du détachement tourbillonnaire d'angle dans les moteurs à propergol solide." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/17932/1/Lacassagne_Laura_INPT.pdf.

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Abstract:

Les oscillations de pression sont un enjeu majeur dans le design des moteurs à propergol solide car de faibles oscillations de pression (ODP) dans la chambre entraînent de fortes oscillations de poussée ce qui conduit à des vibrations néfastes pour les structures et les satellites embarqués. Les ODP sont encore aujourd'hui un vaste sujet de recherche et la simulation numérique est un outil indispensable dans leur analyse. De nombreux travaux ont permis de mettre en évidence divers mécanismes générateurs d'oscillations, mais la conception des nouveaux moteurs favorise la formation d'une instabilité hydrodynamique, appelée VSA et caractérisée par des détachements tourbillonnaire au niveau des discontinuités de la surface débitante. Etudiée dans les travaux sur le C1x [Vuillot 1995, Dupays 1996], il reste cependant divers points à aborder afin d'avoir une vision complète des mécanismes qui pilotent et modifient cette instabilité. Pour cela, il a été choisi dans ces travaux d'isoler le VSA dans une configuration académique et d'étudier dans un premier temps, l'impact du soufflage latéral, généré par un dégagement gazeux du à la combustion d'un bloc de propergol en aval de l'angle. Les deux approches utilisées, à savoir la simulation numérique et la stabilité linéaire, démontrent que le soufflage latéral possède un fort effet stabilisant sur le VSA. Dans un deuxième temps, l'impact de la combustion des particules d'aluminium et des résidus, présents dans un moteur à propergol solide, est analysé. Ces travaux montrent que les particules, via des mécanismes complexes, peuvent jouer à la fois un rôle stabilisant et déstabilisant sur le VSA. Pour finir, l'impact de la mise à l'échelle sur l'instabilité est étudié. Si en gaz seul, les résultats obtenus à échelle réduite sont directement transposables vers l'échelle réelle, la mise à l'échelle modifie le comportement des particules dans les structures tourbillonnaires et donc leur rôle sur l'instabilité.

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Richard, Julien. "Développement d'une chaîne de calcul pour les interactions fluide-structure et application aux instabilités aéro-acoustiques d'un moteur à propergol solide." Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20256/document.

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Abstract:

Les moteurs à propergol solide sont parfois le siège d'instabilités aéroacoustiques résultant d'un couplage entre l'hydrodynamique des gaz brûlés et les modes acoustiques de la chambre de combustion. Ces instabilités se traduisent par de fortes Oscillations de Pression (ODP) dans la chambre de combustion du moteur. Ces ODP entrainent des vibrations de la structure, qui si elles venaient à dépasser certains niveaux pourraient nuire à la charge utile. Au vu du coût d'un essai, il est important de disposer d'outils permettant de prédire l'apparition de ces instabilités au moment de la conception. L'objectif de cette thèse est en premier lieu la mise au point d'une chaîne de couplage permettant d'évaluer l'impact des interactions fluide-structure sur l'amplitude des oscillations aéroacoustiques présentes au sein du propulseur. Une attention particulière est portée à l'algorithme de couplage entre les solveurs fluide et solide afin d'assurer une bonne conservation de l'énergie à l'interface fluide-structure, point clé dans l'étude d'instabilités. La chaîne numérique ainsi conçue est appliquée à une configuration réduite du moteur à propergol solide d'Ariane 5 dans le cadre de deux études. La première porte sur l'impact des vibrations de la structure sur les d'instabilités aéroacoustiques. L'effet d'un croisement de fréquences des modes propres longitudinaux de la structure et un des modes acoustiques de la chambre de combustion est traité. La seconde étude s'intéresse à l'effet des battements des protections thermiques du propulseur dans l'écoulement. Une structuration de l'écoulement et un net renforcement des ODP sont mis en évidence Large solid propellant rocket motors may be subjected to aero-acoustic instabilities arising from a coupling between the burnt gas flow and the acoustic eigenmodes of the combustion chamber. These instabilities lead to large pressure oscillations in the combustion chamber. These pressure oscillations cause vibrations which might jeopardize the payload if they happen to be larger than a certain threshold. Given the size and cost of any single firing test or launch, it is of first importance to rely on numerical tools able to predict these instabilities so that they can be avoided at the design level. The first purpose of this thesis is to build a numerical tool in order to evaluate how the coupling of the fluid flow and the whole structure of the motor influences the amplitude of the aeroacoustic oscillations living inside the rocket. A particular attention was paid to the coupling algorithm between the fluid and the solid solvers in order to ensure the best energy conservation through the interface.The numerical chain is applied to a sub-scaled configuration of Ariane 5 solid rocket motor in two studies. The first relates to the impact of vibration of the structure on aeroacoustic instabilities. The effect of a crossover frequency between the longitudinal modes of the structure and the acoustic modes of the combustion chamber is assessed. The second study examines the effect of thermal protection oscillations in the flow. An increased of the flow organisation and a significant strengthening of pressure oscillations are highlighted

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Cabrit, Olivier. "Modélisation des flux pariétaux sur les tuyères des moteurs à propergol solide." Montpellier 2, 2009. http://www.theses.fr/2009MON20239.

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Abstract:

Les tuyères des moteurs à propergol solide sont soumises à des flux pariétaux intenses. Les composites carbone/carbone sont alors retenus pour assurer l'intégrité des composants. Outre leurs excellentes propriétés thermo-mécaniques, ces matériaux sont exposés au phénomène d'ablation : réaction chimique hétérogène de surface entre le matériau et les espèces oxydantes de l'écoulement. D'une certaine façon, cette spécificité protège la structure car elle permet de réduire considérablement le flux de chaleur entrant dans le solide. En contrepartie, le phénomène doit être parfaitement contrôlé car il s'accompagne d'une récession de la surface. La prédiction des flux pariétaux de masse, de quantité de mouvement, et de chaleur, est donc un point crucial pour la conception des tuyères. La simulation numérique fait maintenant partie des outils de conception incontournables pour la mise au point de nouvelles tuyères. Néanmoins, au vu de la puissance des calculateurs disponibles, l'emploi de modèles de paroi est une étape nécessaire pour pouvoir simuler ces écoulements à l'échelle 1. Dans ce cadre, on présente une série de simulations numériques directes dont l'analyse permet d'élaborer des nouvelles lois de paroi intégrant plusieurs phénomènes physiques complexes qui modifient le comportement "classique" de la couche limite turbulente : dilatabilité de l'écoulement, influence de l'aspect multi-espèces réactif du fluide, nombre de Prandtl non unité, transfert radiatif, gradient de pression longitudinal, et ablation des parois. La mise en oeuvre de ces modèles est dès à présent envisageable The nozzles of solid rocket motors must resist to severe wall fluxes. Carbon/carbon composite materials are then chosen to insure the structure integrity. In spite of their excellent thermo-mechanical properties, these materials are exposed to the ablation phenomenon: chemical oxidation of the solid material by the combustion products. On the one hand, this feature protects the nozzle structure since this process considerably reduces the wall heat flux. On the other hand, the ablation process must be perfectly controlled because of the geometrical changes induced by the surface recession. The assessment of mass/momentum/heat fluxes at the wall is thus a crucial part for the nozzle design. Numerical simulations are nowadays commonly used to define new nozzles. However, considering the power of the available computers, the use of wall models is a necessary step to simulate full scale devices. With this framework, one presents a set of direct numerical simulations whose analysis allows to derive new wall functions integrating several complex physical aspects that modify the "classical" behavior of the turbulent boundary layer: multicomponent reacting compressible flow, with non-unity Prandtl number, radiative transfer, streamwise pressure gradient, and wall ablation. These new models are now ready to be tested on realistic configurations

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Breton, Mélanie. "Détection de l'allumage d'un moteur-fusée à propergol solide avec une matrice linéaire de filtres holographiques et par diffraction conique." Thesis, Université Laval, 2007. http://www.theses.ulaval.ca/2007/24914/24914.pdf.

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Dupuy, Magali. "Etude par simulations numériques instationnaires de l'écoulement dans les moteurs à propergol solide." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00744017.

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Abstract:

Cette étude est consacrée à l'analyse par simulations numériques instationnaires tridimensionnelles LES de la transition laminaire-turbulent dans un canal à injection pariétale représentatif de l'écoulement dans les chambres de moteurs à propergol solide. Pour déclencher le phénomène de transition vers la turbulence avec la méthode LES, il a été nécessaire d'introduire des fluctuations dans l'écoulement. Cette étude se focalise sur la recherche d'une méthodologie de calcul permettant de générer des perturbations dans l'écoulement. Une première méthode, basée sur le comportement du schéma numérique du code de calcul CEDRE de l'ONERA, a été utilisée pour générer des fluctuations dans l'écoulement. Une deuxième méthode prenant en compte les données expérimentales relevées sur le montage en gaz froid VECLA de l'ONERA a ensuite 't' développée. Cette dernière utilise une modélisation stochastique dans le cadre de l'equation de Langevin. Après implantation de cette méthode de calcul stochastique dans le code CEDRE, une étude spécifique a été menée pour analyser le comportement du modèle en relation avec la problématique de l'écoulement transitionnel dans le canal avec injection pariétale. Les simulations numériques instationnaires LES de l'écoulement en transition dans le montage VECLA ont ensuite été réalisées avec le code de calcul CEDRE. Les résultats ont été confrontés aux données expérimentales ainsi qu'a une simulation stationnaire RANS de l'écoulement. Les résultats mettent en évidence l'intérêt de la modélisation stochastique de Langevin sur la description du champ fluctuant dans le canal avec injection pari'etale.

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Boyer, Germain. "Étude de stabilité et simulation numérique de l’écoulement interne des moteurs à propergol solide simplifiés." Thesis, Toulouse, ISAE, 2012. http://www.theses.fr/2012ESAE0029/document.

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Abstract:

Cette thèse vise à modéliser les instabilités hydrodynamiques générant des détachements tourbillonnaires pariétaux (ou VSP) responsables des Oscillations De Pression dans les moteurs à propergol solide longs et segmentés par interaction avec l’acoustique du moteur. Ces instabilités sont modélisées en tant que modes de stabilité linéaire globaux de l’écoulement d’un conduit à parois débitantes. En supposant que les structures pariétales émergent d’une perturbation de l’écoulement de base, des modes discrets et indépendants du maillage utilisé sont calculés. Dans ce but, une discrétisation par collocation spectrale multi-domaine est implémentée dans un solveur parallèle afin de s’affranchir de la croissance polynomiale des fonctions propres et de la présence de couches limites. Les valeurs propres ainsi calculées dépendent explicitement des frontières du domaine, à savoir la position de la perturbation et celle de la sortie, et sont ensuite validées par simulation numérique directe. On montre alors qu’elles permettent bien de décrire la réponse à une perturbation initiale de l’écoulement modifié par une rupture de débit pariétale. Ensuite, la simulation d’une réponse forcée par l’acoustique se fait sous forme de structures tourbillonnaires dont les fréquences discrètes sont en accord avec celles des modes de stabilité. Ces structures sont réfléchies en ondes de pression de même fréquences remontant l’écoulement. Finalement, la simulation numérique et la théorie de la stabilité permettent de montrer que le VSP, dont la réponse est linéaire vis-à-vis d’un forçage compressible comme l’acoustique, est le phénomène moteur des Oscillations De Pression The current work deals with the modeling of the hydrodynamic instabilities that play a major role in the triggering of the Pressure Oscillations occurring in large segmented solid rocket motors. These instabilities are responsible for the emergence of Parietal Vortex Shedding (PVS) and they interact with the boosters acoustics. They are first modeled as eigenmodes of the internal steady flowfield of a cylindrical duct with sidewall injection within the global linear stability theory framework. Assuming that the related parietal structures emerge from a baseflow disturbance, discrete meshindependant eigenmodes are computed. In this purpose, a multi-domain spectral collocation technique is implemented in a parallel solver to tackle numerical issues such as the eigenfunctions polynomial axial amplification and the existence of boundary layers. The resulting eigenvalues explicitly depend on the location of the boundaries, namely those of the baseflow disturbance and the duct exit, and are then validated by performing Direct Numerical Simulations. First, they successfully describe flow response to an initial disturbance with sidewall velocity injection break. Then, the simulated forced response to acoustics consists in vortical structures wihich discrete frequencies that are in good agreement with those of the eigenmodes. These structures are reflected into upstream pressure waves with identical frequencies. Finally, the PVS, which response to a compressible forcing such as the acoustic one is linear, is understood as the driving phenomenon of the Pressure Oscillations thanks to both numerical simulation and stability theory

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Goncalves, de Miranda Fabienne. "Étude numérique de l'écoulement instationnaire diphasique dans les propulseurs à propergol solide d'Ariane 5." Toulouse, ENSAE, 2000. http://www.theses.fr/2000ESAE0021.

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Abstract:

Cette étude s'inscrit dans le cadre de recherches, menées dans différents laboratoires, sur l'optimisation des moteurs à propergol solide d'Ariane 5 (MPS P230). Dans une certaine plage de fonctionnement du moteur, l'écoulement diphasique généré par la combustion du propergol enrichi en aluminium se couple à l'acoustique de la veine et crée ainsi des instabilités pouvant être dramatiques. D'autre part, certaines gouttelettes forment, dans le fond arrière du propulseur, une flaque dont le ballottement induit des déséquilibres et des oscillations de poussée. L'objectif de la thèse est de comprendre l'influence de la phase dispersée sur le couplage aéroacoustique au sein du P230 grâce à une étude numérique approfondie. La géométrie support est une maquette du moteur, VIOLETTE, fonctionnant en gaz froid. Le manuscrit comprend trois parties : les phénomènes physiques mis en jeu et les méthodes numériques utilisées, la modélisation de l'écoulement diphasique en gaz froid, l'influence de l'évaporation des gouttes d'aluminium. L'écoulement gazeux instationnaire est calculé en résolvant les équations laminaires de Navier-Stokes grâce au code MSD, couplé au module LSD pour la simulation déterministe lagrangienne de la phase liquide, en two-way coupling. En gaz froid, la présence de gouttelettes cause une diminution des fréquences et amplitudes d'oscillation, et de la pression moyenne. Ces phénomènes sont fortement dépendants des conditions d'injection des gouttes. En gaz chaud, l'évaporation des gouttes accroît les échanges entre phases. La pression moyenne et l'amplitude des fluctuations augmentent considérablement par rapport au cas monophasique. Enfin, l'excitation de modes acoustiques transverses a été mise en évidence par la prise en compte de l'évaporation des gouttelettes.

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Basset, Thierry. "Contribution à la modélisation des écoulements diphasiques et réactifs internes : application aux propulseurs à propergol solide." Aix-Marseille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX11049.

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Abstract:

Une etude menee dans le cadre du programme assm a ete realisee afin de caracteriser les ecoulements diphasiques dilues dans les moteurs-fusees a propergol solide. Une approche eulerienne et instationnaire des ecoulements a ete retenue. Le systeme d'equations obtenu est resolu a partir du schema numerique de mac-cormack du second ordre et en ecriture aux volumes finis. Dans un premier temps, on a verifie l'utilisation de ce schema centre au travers de la propagation d'une onde acoustique dans un ecoulement diphasique et pour des geometries mono et bidimensionnelle. On a pu observer le bon accord avec des resultats issus de theories lineaires tels que les bilans acoustiques. Une etude dans un propulseur repute instable a permis de mettre en evidence le couplage entre l'acoustique de la chambre et l'emission tourbillonnaire ainsi que le role relaxant de la phase dispersee sur ces tourbillons. Dans un deuxieme temps puisque les propergols solides sont enrichis en particules metalliques (aluminium), leur reactivite a ete etudiee a partir du modele de law. Deux modeles mono-espece puis multi-especes (oxydant, inerte, produits de combustion) ont ete mis en place afin de caracteriser les ecoulements reactifs dans un propulseur. Finalement, les premiers elements d'un modele realiste ont ete poses et sont applicables a de nombreuses configurations pratiques, en accord avec des resultats theoriques et experimentaux.

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Binauld, Quentin. "Modélisation et simulation du rayonnement dans les jets de moteurs à propergol solide à haute altitude." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC090/document.

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Abstract:

Le rayonnement dans les jets issus de moteurs à propergol solide constitue un phénomène essentiel à l’estimation des flux aux parois et à la prédiction de la signature radiative des engins. A haute altitude, de l’ordre de 100 km, ces jets sont caractérisés par des écoulements compressibles diphasiques, à fort aspect raréfié dans certaines régions, compos ´es de particules d’alumine et de gaz de combustion. Le transfert radiatif y joue un rôle important dans la mesure où il influence fortement le refroidissement et le changement de phase des particules. Afin de simuler numériquement les jets et leur rayonnement, différents modèles ont été développés. Le rayonnement des gaz a été pris en compte à l’aide de modèles statistiques à bandes étroites. Le phénomène de surfusion qui régit le changement de phase de l’alumine et les champs de température associés aux différentes tailles de particules, a été pris en compte. Enfin, une méthode de splitting des puissances radiatives a été mise en œuvre afin de permettre le couplage entre le rayonnement et l’écoulement dans des milieux en des ‘équilibre thermique gaz/particules. Ces modèles ont été implémentes dans une plateforme de calcul, permettant de coupler un solveur fluide utilisant une approche Navier-Stokes, un solveur eulérien pour traiter la phase dispersée et un solveur radiatif qui utilise une méthode de Monte Carlo. L’outil numérique développe a été partiellement validé en comparant nos résultats aux mesures obtenues dans le cadre de l’expérience BSUV2. Dans les conditions de cette expérience, le rayonnement des particules est prédominant mais la contribution des gaz s’avère non négligeable. Des simulations sous différentes hypothèses ont permis de mettre en évidence le rôle primordial du transfert radiatif, couplé au phénomène de surfusion, dans l’établissement des champs de température des particules. La dernière partie de ces travaux s’est attachée à l’étude du déséquilibre vibrationnel de la phase gazeuse et de son impact sur le rayonnement dans les jets. Il est montré que le gel partiel des niveaux de vibration de la molécule CO2 durant la détente du jet peut augmenter de façon significative son rayonnement Radiation from solid propellant rocketplumes is important for the prediction of thermalfluxes on vehicle walls and of plume signature. Athigh altitudes, of approximately 100 km, those plumesare characterized by two-phase compressible flows,highly rarefied in some regions, composed of aluminaparticles and exhaust combustion gases. Radiativetransfer plays an important role in the cooling and thephase change of the particles.In order to carry out numerical simulations of rocketplumes and their radiation, several models have beendeveloped. The radiation of the gas phase is takeninto account using statistical narrow bands models.The supercooling phenomenon has been modeled todeal with the phase change of alumina and to obtaincorrect temperature fields for the different size classesof particles. Finally, a splitting method of the radiativepower has been established to enable the couplingbetween radiation and the flow field under gas/particlethermal non-equelibrium. These models have beenimplemented in a calculation platform, enabling tocouple a Navier-Stokes solver for the gas phase, anEulerian solver dealing with the dispersed phase anda radiative solver based on a Monte Carlo method.The developed numerical tool has been partly validatedcomparing our results with the measurementsobtained during the BSUV2 experiment. In the conditionsof this experiment, particle radiation is shownto be predominant but the contribution of the gasphase is found to be non-negligible. Simulations underdifferent hypotheses have put the emphasis onthe importance of radiative transfer, coupled with thesupercooling phenomenon, for an accurate evaluationof particle temperature fields.The last part of this work focuses on the study ofgas vibrational non-equilibrium and its impact on radiationfrom high altitude plumes. It is shown thatthe slow deexcitation of vibrational levels of the CO2molecule during the plume expansion may increasesignificantly its radiation

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Hirschberg, Lionel. "Modélisation des oscillations de pression auto-entretenues induites par des tourbillons dans les moteurs à propergol solide." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLC001/document.

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Abstract:

Les moteurs de fusées à ergols solides (SRMs) sont sensibles aux instabilités hydrodynamiques qui peuvent déclencher des oscillations auto-entretenues de pression de grandes amplitudes lorsqu’elles se couplent à l’un des modes acoustiques du système. Le moteur de ces instabilités est la formation de structures tourbillonnaires cohérentes synchronisées par des ondes acoustiques longitudinales. Pour certaines conditions de fonctionnement, les ondes acoustiques générées par l’interaction de ces tourbillons avec la tuyère amorcée du moteur renforcent l’oscillation acoustique. L’objectif des travaux menés dans cette thèse est de déterminer l’amplitude et la fréquence des oscillations de pression au cycle limite des instabilités. Celui-ci est atteint par saturation non linéaire des sources, qui est la conséquence de la formation de grosses structures cohérentes. Dans ce cas l’interaction tourbillon tuyère devient insensible à l’amplitude de l’onde du mode acoustique établi dans le foyer. Dans ces conditions, on peut se concentrer sur l’interaction d’un tourbillon avec la tuyère dans le mécanisme de production sonore. En considérant un écoulement incompressible et l’absence de frottement, un premier modèle analytique est développé permettant de déterminer la production sonore d’un tourbillon ingéré par une tuyère bidimensionnelle plane, lorsque le tourbillon est traité comme une ligne vorticité. Des expériences précédentes indiquent que le volume de la cavité autour de l’entrée d’une tuyère intégrée a une grande influence sur l’amplitude des oscillations de pression dans les grands SRMs. On montre que ceci est dû au champ de vitesse acoustique induit par la compressibilité du gaz dans la cavité qui produit une fluctuation de vitesse transverse à la trajectoire du tourbillon. Une seconde alternative au modèle analytique incompressible est développée en considérant toujours l’absence de frottement, mais un modèle compressible de l’interaction tourbillon-tuyère. Celui-ci repose sur un code aéroacoustique pour les écoulements internes basé sur les équations d’Euler (EIA) qui est utilisé ici pour la simulation de l’interaction tourbillon-tuyère. Une étude systématique de cette interaction a été menée pour une tuyère amorcée. Les résultats ont permis de proposer un modèle de sources localisées pour des ondes planes basé sur une analyse théorique des lois d’échelles de ces phénomènes. Les simulations de ces interactions tourbillons-tuyères ont été réalisées pour différents types de tuyères. En employant un bilan énergétique, un modèle avec un seul paramètre de contrôle est formulé, qui permet de reproduire qualitativement le comportement du cycle limite d’oscillations de pression observées dans des expériences réalisées avec des gaz froids décrites dans la littérature. Finalement le modèle Euler est utilisé pour comparer la production de son par interaction tourbillon-tuyère avec celle due à l’ingestion d’une onde d’entropie, appelée aussi tache d’entropie. Contrairement au cas des tourbillons, le bruit produit par ingestion de taches d’entropie n’est pas sensible au volume de la cavité d’une tuyère intégrée. Ces résultats indiquent que le bruit produit par les tourbillons est dominant dans le cas des SRMs étudiés. L’ensemble de ces travaux permet d’améliorer la compréhension des phénomènes d’interaction entre des non-homogénéités de l’écoulement et la tuyère. Elle permet surtout de déterminer quels sont les facteurs de l’écoulement et les éléments géométriques importants qui pilotent le niveau sonore produit par ces interactions. Les modèles développés dans ces travaux, avec divers degrés d’approximation et de complexité permettent d’enrichir la gamme des outils de conception des SRMs Solid Rocket Motors (SRMs) can display self-sustained acoustic oscillations driven by coupling between hydrodynamic instabilities of the internal flow and longitudinal acoustic standing waves. The hydrodynamic instabilities are triggered by the acoustic standing wave and results in the formation of coherent vortical structures. For nominal ranges of flow conditions the sound waves generated by the interaction between these vortices and the choked nozzle at the end of the combustion chamber reinforces the acoustic oscillation. Most available literature on this subject focuses on the threshold of instability using a linear model. The focus of this work is on the prediction of the limit-cycle amplitude. The limit-cycle is reached due to nonlinear saturation of the source, as a consequence of the formation of large coherent vortical structures. In this case the vortex-nozzle interaction becomes insensitive to the amplitude of the acoustic standing wave. Hence, one can focus on the sound generation of a vortex with the nozzle. Sound production can be predicted from an analytical two-dimensional planar incompressible frictionless model using the so-called Vortex Sound Theory. In this model the vorticity is assumed to be concentrated in a line vortex. Experiments indicate that the volume of cavities around so-called “integrated nozzles” have a large influence on the pulsation amplitude for large SRMs. This is due to the acoustical field normal to the vortex trajectory, induced by the compressibility of the gas in this cavity. As an alternative to the incompressible analytical model a compressible frictionless model with an internal Euler Aeroacoustic (EIA) flow solver is used for simulations of vortex-nozzle interaction. A dedicated numerical simulation study focusing on elementary processes such as vortex-nozzle and entropy spot-nozzle interaction allows a systematic variation of relevant parameters and yields insight which would be difficult by means of limit cycle studies of the full engine. A systematic study of the vortex-nozzle interaction in the case of a choked nozzle has been undertaken. The results are summarized by using a lumped element model for plane wave propagation, which is based on theoretical scaling laws. From EIA simulations it appears that sound due to vortex-nozzle interaction is mainly generated during the approach phase and that for the relevant parameter range there is no impingement of the vortex on the nozzle wall as has been suggested in the literature. Using an energy balance approach, a single fit-parameter model is formulated which qualitatively predicts limit-cycle observations in cold gas-scale experiments reported in the literature. Finally the Euler model is used to compare the sound production by vortex-nozzle interaction with that due to the ingestion of an entropy non-uniformity also called entropy spot. In addition to insight, this study provides a systematic procedure to develop a lumped element model for the sound source due to non-homogeneous flow-nozzle interactions in SRMs. Such lumped models based on experimental data or a limited number of flow simulations can be used to ease the design of SRMs

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Doisneau, François. "Modélisation et simulation d'écoulements diphasiques polydisperses modérément denses chargés de particules nonométriques à modérément inertielles avec coalescence : application aux moteurs à propergol solide." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00966185.

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Abstract:

Dans un moteur à propergol solide, l'écoulement dépend fortement des gouttes d'alumine en suspension, dont la fraction massique est élevée. La distribution en taille des gouttes, qui s'élargit avec la coalescence, joue un rôle clef. Or résoudre des écoulements diphasiques polydisperses instationnaires avec une bonne précision sur la taille est un défi à la fois sur le plan de la modélisation et du calcul scientifique: (1) de très petites gouttes, par exemple résultant de la combustion de nanoparticules d'aluminium, subissent mouvement brownien et coalescence, (2) de petites gouttes ont leur vitesse conditionnée par leur taille de sorte qu'elles coalescent lorsqu'elles ont des tailles différentes, (3) des gouttes plus grosses peuvent se croiser par effet d'inertie et (4) toutes les gouttes interagissent de manière fortement couplée avec la phase porteuse. En complément des approches lagrangiennes, des modèles eulériens ont été développés pour décrire la phase dispersée à un coût raisonnable, et ils permettent un couplage aisé avec la phase porteuse ainsi que la parallélisation massive des codes: les approches eulériennes sont bien adaptées aux calculs industriels. Le modèle Multi-Fluide permet la description détaillée de la polydispersion, des coreélations taille/vitesse et de la coalescence, en résolvant séparément des "fluides" de gouttes triées par taille, appelés sections. Un ensemble de modèles est évalué dans cette thèse et une stratégie numérique est développée pour effectuer des calculs industriels de moteurs à propergol solide. (1) La physique des nanoparticules est évalué et incluse dans un modèle de coalescence complet. Des méthodes de moments d'ordre élevé sont ensuite développées: (2) une méthode à deux moments en taille est étendue à la coalescence pour traiter la physique de la polydispersion et les développements numériques connexes permettent d'effectuer des calculs applicatifs dans le code industriel CEDRE; (3) une méthode basée sur les moments en vitesse du deuxième ordre, un schéma de transport à l'ordre deux sur maillages structurés ainsi qu'un modèle de coalescence sont développés. Des validations académiques de la stratégie pour gouttes d'inertie modérée sont effectuées sur des écoulements complexes puis avec de la coalescence; (4) une stratégie d'intégration en temps est développée et mise en œuvre dans CEDRE pour traiter efficacement le couplage fort, dans des cas instationnaires et polydisperses incluant de très petites particules. L'ensemble des développements est soigneusement validé: soit par des formules analytiques ad hoc pour la coalescence et pour le couplage fort d'une onde acoustique; soit par des comparaisons numériques croisées avec une DPS pour la coalescence et avec des simulations lagrangiennes de cas applicatifs, coalescents et fortement couplés; soit par des résultats expérimentaux disponibles sur une configuration académique de coalescence et sur un tir de moteur à échelle réduite. La stratégie complète permet des calculs applicatifs à un coût raisonnable. En particulier, un cal- cul de moteur avec des nanoparticules permet d'évaluer la faisabilité de l'approche et d'orienter les efforts de recherche sur les propergols chargés de nanoparticules.

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Achim, Pascal. "Simulation de collisions, coalescence et rupture de gouttes par une approche lagrangienne : application aux moteurs à propergol solide." Rouen, 1999. http://www.theses.fr/1999ROUES039.

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Abstract:

La dispersion de gouttelettes d'alumine liquide dans les propulseurs à propergol solide du lanceur Ariane 5 est simulée par une approche lagrangienne stochastique à une particule. L'évaluation des temps de collision, plus petits que le temps de séjour moyen des gouttes dans la chambre de combustion, a conduit à l'implantation d'un module de collisions binaires dans le code PALAS. Une étude des taux de collision en écoulement turbulent et de l'efficacité de collision a permis la construction d'une procédure dans laquelle les chocs sont simulés par une succession de processus aléatoires. Les calculs ont montré que les collisions seules affectaient peu la répartition des gouttelettes dans le propulseur ainsi que la quantité de matière piégée dans la cavité formée par la tuyère intégrée. L'hypothèse d'indépendance statistique des particules au cours des chocs est discutée. Une procédure de détermination de la vitesse de la particule rencontrée prenant en compte une fonction de corrélation de vitesses a été élaborée. Les calculs effectués sur un cas test de turbulence isotrope ont permis de mettre en évidence que l'influence des corrélations de vitesses était significative si le temps de relaxation des particules était inferieur à l'échelle intégrale temporelle de la turbulence, ce qui n'est pas le cas dans les propulseurs. Les collisions entre les gouttelettes sont accompagnées de phénomènes de coalescence et de rupture secondaire. Une étude bibliographique a permis d'isoler les mécanismes susceptibles de se produire dans les propulseurs. La coalescence conduit à une augmentation de la quantité de matière piégée dans la cavité arrière. La prise en compte de la rupture et de l'efficacité de collision permet de réduire l'influence de la coalescence. Le taux de dépôt obtenu avec le calcul complet est supérieur à celui obtenu sans prise en compte des interactions.

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Cesco, Nathalie. "Étude et modélisation de l'écoulement diphasique à l'intérieur des propulseurs à poudre." Toulouse, ENSAE, 1997. http://www.theses.fr/1997ESAE0019.

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Abstract:

Pour augmenter les performances des moteurs à propergol solide des lanceurs spatiaux comme Ariane 5, le propergol est enrichi en aluminium. Lorsque celui-ci brûle, les particules d'aluminium restent à l'état de phase condensée et sont dispersées dans la chambre. Une partie d'entre elles s'accumule dans la cavité du fond arrière laissée par la tuyère intégrée. L'objectif de cette thèse est d'aider à une meilleure compréhension des mécanismes qui régissent la formation de ce dépôt en étudiant l'écoulement diphasique qui en est à l'origine. Cet écoulement est simulé numériquement en prenant en compte plusieurs phénomènes liés aux particules. La modélisation de l'écoulement gazeux et de la dispersion turbulente des particules est réalisée par une méthode Euler-Lagrange. La modélisation de la combustion de l'aluminium est étudiée et appliquée aux propulseurs à poudre. Une simulation de l'écoulement en prenant en compte la distribution de la combustion dans la chambre avec rétroaction sur l'écoulement gazeux ainsi qu'une répartition bimodale de la taille des particules est réalisée sur une configuration de petit moteur expérimental. Les résultats confirment bien que l'influence de la combustion de l'aluminium est pour ce type de configuration, répartie dans toute la chambre. Enfin, la formation du dépôt est abordée avec dans un premier temps une étude du comportement de la goutte lors de l'impact avec la paroi puis une modélisation de la formation et de la dynamique du film liquide qu'elles créent sur la paroi de la tuyère. Le modèle ainsi construit est appliqué au cas du moteur d'Ariane 5 à échelle réelle afin d'étudier l'emplacement du point d'arrêt du film, ce qui permettra de définir des critères de capture des particules.

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Bouyges, Maxime. "Instabilités dans les moteurs à propergol solide : influence de la géométrie étoilée et étude numérique de la transition laminaire-turbulent." Thesis, Toulouse, ISAE, 2017. http://www.theses.fr/2017ESAE0031/document.

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Abstract:

Les moteurs à propergol solide de certains lanceurs spatiaux peuvent présenter des oscillations de poussée provoquées par des oscillations de la pression interne du moteur. Il est désormais connu qu'une instabilité hydrodynamique propre à l'écoulement et mise en évidence par une approche de stabilité linéaire, appelée Vortex Shedding Parietal, est le phénomène à l'origine de ces oscillations. Cependant plusieurs questions subsistent quant à l'apparition de ces oscillations. En particulier, on constate que ces oscillations ne sont observées que dans la seconde moitié du tir. On suppose que la transition laminaire-turbulent de l'écoulement joue un rôle dans ce phénomène. Par ailleurs, l'utilisation possible de la géométrie étoilée pour les blocs de propergol de géométrie étoilée oblige à reprendre l'étude de stabilité linéaire pour l'étude de ces oscillations. Cette thèse porte ainsi à la fois sur l'étude de la stabilité linéaire de l'écoulement induit par une géométrie étoilée et sur la transition laminaire-turbulent d'une configuration circulaire. Une solution analytique de l'écoulement au sein d'un conduit à paroi débitante de géométrie étoilée est d'abord obtenue. Le profil de vitesse associé peut présenter des points d'inflexion en fonction de la déformation radiale ou du nombre de Reynolds de l'écoulement. Ensuite les approches de stabilité linéaire locale et biglobale sont appliquées à cette solution. Par rapport au cas circulaire, cette étude de stabilité linéaire met en évidence la possible existence d'un ou plusieurs modes amplifiés. Enfin, une simulation numérique LES de la transition laminaire-turbulent de la configuration du montage VALDO est effectuée Solid rocket motors may exhibit thrust oscillations induced by pressure oscillations inside the engine. In the scientific literature, the so-called vortex shedding parietal, a hydrodynamic instability specific to the internal flow, has been proven to be the triggering mechanism through linear stability analyses. However, some questions still remain. These oscillations are observed during the second half of Ariane 5 launches only, the laminar-turbulent transition of the intern flow being expected to play a significant role in that behavior. Additionally, non-circular grain shapes used in some engines may impact the stability study. The present PhD work extends the base flow linear stability studies to star-shaped geometries and investigate transition mechanisms in a circular configuration. Firstly, an analytical expression of the base flow in a duct with a star-shaped cross-section is determined. Wall-normal injection is assumed, which is representative of solid rocket engines. The velocity profile may exhibit an inflection point depending on both the Reynolds number and wall radial deformation. Secondly, both local and biglobal stability analyses are applied to this flow. In contrast to the circular case, the flow may exhibit one or several unstable modes. Lastly, a large eddy simulation of the VALDO experimental test bench is performed. The influence of the acoustic impedance of the outflow boundary condition on the amplitude of pressure oscillations is highlighted

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Griffond, Jérôme. "Instabilité pariétale et accrochage aéroacoustique dans les conduits à parois débitantes simulant les moteurs à propergol solide d'Ariane 5." Toulouse, ENSAE, 2001. http://www.theses.fr/2001ESAE0006.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de permettre une meilleure compréhension du mécanisme physique supposé être à la source d'un couplage aéroacoustique survenant dans les moteurs à propergol solide tels que ceux du lanceur Ariane 5. Le phénomène est une instabilité, dite "pariétale", particulière aux écoulements en conduite induits par injection pariétale. Des analyses linéaires sont d'abord menées sur une solution analytique auto-semblable des équations d'Euler qui indiquent la présence d'ondes instables convectives spatialement amplifiées vers l'aval selon un mécanisme non visqueux lié à la courbure des lignes de courant. Les résultats sont favorablement comparés à ceux obtenus expérimentalement. Des écoulements plus proches de ceux des moteurs à propergol solide sont ensuite étudiés avec la prise en compte de géométries plus complexes et d'effets de compressibilité. Puis, des développements non linéaires sont proposés par application de la théorie de la stabilité secondaire et par recherche d'états quasi-saturés selon une forme spécifique de ces écoulements linéairement accélérés, retrouvée par simulation numérique directe. Enfin, la place de l'instabilité pariétale dans la boucle d'interactions conduisant au couplage aéroacoustique est discutée, ainsi que les pistes possibles de prédiction de ce dernier.

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Dupays, Joël. "Contribution à l'étude du rôle de la phase condensée dans la stabilité d'un propulseur à propergol solide pour lanceur spatial." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT063H.

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Abstract:

La phase condensee presente dans les produits de combustion a une influence sur la stabilite de fonctionnement d'un moteur a propergol solide. Comme dans un propulseur segmente, les instabilites resultent davantage d'un couplage des champs aerodynamique et acoustique que de la combustion proprement dite, seule une simulation numerique de l'ecoulement a l'interieur de la chambre semble permettre de decrire le comportement du moteur. L'approche retenue est basee sur une description eulerienne de chacune des phases avec traitement des interactions mutuelles. Celles-ci comprennent les forces de trainee, de portance et de volume ainsi que le transfert de chaleur par convection. L'architecture du code repose sur un concept modulaire. Le solveur de la phase dispersee ainsi que le module de couplage ont ete construits autour d'un code monophasique de l'onera. Afin de valider l'ensemble, deux campagnes d'essais ont ete realisees au moyen d'un petit propulseur concu specialement pour generer des instabilites par detachements tourbillonnaires et fonctionnant avec divers propergols charges ou non de particules calibrees. Les comparaisons simulations-experiences ont souligne la pertinence de l'approche numerique retenue. La frequence du detachement tourbillonnaire est bien retrouvee. Les niveaux des oscillations restent en revanche dependants de parametres numeriques tels que le maillage ou le schema de viscosite artificielle

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Simoes, Marine Simonin Olivier. "Modélisation eulérienne de la phase dispersée dans les moteurs à propergol solide, avec prise en compte de la pression particulaire." Toulouse : INP Toulouse, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000320.

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Simoes, Marine. "Modélisation eulérienne de la phase dispersée dans les moteurs à propergol solide, avec prise en compte de la pression particulaire." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2006. http://oatao.univ-toulouse.fr/7473/1/simoes.pdf.

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Abstract:

Une modélisation précise des écoulements gaz-particules réactifs instationnaires rencontrés dans les moteurs à propergol solide d'Ariane 5 est indispensable pour expliquer et prédire le comportement du moteur lors de son fonctionnement. En particulier, la présence d'une phase dispersée, même inerte, influe fortement sur les amplitudes des potentielles oscillations de pression créées par le moteur.Dans ce but, une approche originale de modélisation, qui prend en compte de façon simple la variance de vitesse de la phase dispersée, est proposée. Deux modèles diphasiques eulériens avec pression particulaire, à niveau de sophistication variable, ont ainsi été écrits. Le premier est un modèle à trois équations qui fait apparaître une pression particulaire fonction de la fraction volumique solide et d’un paramètre constant. Ce terme permet d’obtenir une concentration en particules plus homogène et peut donc fortement modifier la dispersion des particules dans l’écoulement. Le second modèle, qui présente une équation supplémentaire, est basé sur la modélisation du tenseur des contraintes cinétiques de la phase dispersée par une hypothèse de type Boussinesq. La pression particulaire dépend dans ce cas de la fraction volumique solide et de l’énergie cinétique fluctuante de la phase dispersée.Ces deux modèles ont été implantés dans un code de mécanique des fluides et diverses simulations numériques ont été réalisées. Elles montrent une amélioration évidente des résultats obtenus par rapport aux modèles eulériens sans pression particulaire. Notamment, les accumulations non physiques de particules, qui traduisent un défaut caractéristique de ces modèles basiques, sont éliminées.

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Tran, Ho Phu. "Analyse numérique des écoulements internes au sein des moteurs à propergol solide. Vers une prise en compte des mécanismes instationnaires couplés." Phd thesis, ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00951242.

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Abstract:

La caractérisation et la simulation des écoulements internes au sein des moteurs àpropergol solide, en considérant des mécanismes physiques fortement couplés, constituentl'objectif principal de ce mémoire de thèse. Dans cette optique, la conjonction entrefluide/régression de surface/couplage fluide structure a imposé de déployer une stratégiepropre lors du développement de la modélisation numérique. En effet, le modèle intègre untraitement de frontière immergée couplé avec un suivi de frontière mobile afin de pouvoirrendre compte de la formidable variation géométrique interne subie au cours d'un tir. Côtéfluide, un maillage automatique est nécessaire et la gestion de ce dernier s'appuie sur undéveloppement récursif avec structure hiérarchisée de type 2n tree. Une attention particulièrea été portée sur le solveur lui-même avec une approche explicite en temps et un schémanumérique basé sur l'approche de Roe avec limiteur de flux au second ordre. Des cas testsont été réalisés afin de valider le solveur et les différentes conditions aux limites introduites,notamment des conditions spécifiques développées pour les besoins de simulation. Lespremiers résultats soulignent tout l'intérêt du modèle proposé et sauf erreur de notre part,pour la première fois, l'analyse des sources tourbillonnaires responsables des instabilités ausein de ces moteurs a été étudiée en intégrant les effets du changement continu de géométrie.Finalement, la faisabilité d'une interaction forte entre solveur fluide et solveur solide a étéréalisée sur un modèle simplifié d'un moteur segmenté.L'ensemble des développements permet un accès aux mécanismes couplés complexeset aux fortes interactions au sein des moteurs à propergol solide et offre de nouvellesperspectives dans la caractérisation des mécanismes fortement couplés.

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Tran, Phu Ho. "Analyse numérique des écoulements internes au sein des moteurs à propergol solide. Vers une prise en compte des mécanismes instationnaires couplés." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2013. http://www.theses.fr/2013ESMA0030/document.

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Abstract:

La caractérisation et la simulation des écoulements internes au sein des moteurs àpropergol solide, en considérant des mécanismes physiques fortement couplés, constituentl’objectif principal de ce mémoire de thèse. Dans cette optique, la conjonction entrefluide/régression de surface/couplage fluide structure a imposé de déployer une stratégiepropre lors du développement de la modélisation numérique. En effet, le modèle intègre untraitement de frontière immergée couplé avec un suivi de frontière mobile afin de pouvoirrendre compte de la formidable variation géométrique interne subie au cours d’un tir. Côtéfluide, un maillage automatique est nécessaire et la gestion de ce dernier s’appuie sur undéveloppement récursif avec structure hiérarchisée de type 2n tree. Une attention particulièrea été portée sur le solveur lui-même avec une approche explicite en temps et un schémanumérique basé sur l’approche de Roe avec limiteur de flux au second ordre. Des cas testsont été réalisés afin de valider le solveur et les différentes conditions aux limites introduites,notamment des conditions spécifiques développées pour les besoins de simulation. Lespremiers résultats soulignent tout l’intérêt du modèle proposé et sauf erreur de notre part,pour la première fois, l’analyse des sources tourbillonnaires responsables des instabilités ausein de ces moteurs a été étudiée en intégrant les effets du changement continu de géométrie.Finalement, la faisabilité d’une interaction forte entre solveur fluide et solveur solide a étéréalisée sur un modèle simplifié d’un moteur segmenté.L’ensemble des développements permet un accès aux mécanismes couplés complexeset aux fortes interactions au sein des moteurs à propergol solide et offre de nouvellesperspectives dans la caractérisation des mécanismes fortement couplés Characterization and simulation of internaI flow within the solid rocket motors, considering the physicalmechanisms strongly coupled, are the main focus of this thesis objective. In this context, the conjunctionbetween fluid/regression surface/fluid coupling structure imposed deploy c1ean during the development ofnumerical modeling strategy. Indeed, the model incorporates treatment coupled with an immersed boundarytracking moving boundary in order to realize the tremendous internai geometric variation experienced during ashot. Fluid side, an automatic mesh is required and the management of the latter is based on a recursivehierarchical structure development with type 2" tree. Particular attention was paid to the solver itself with anexplicit approach to time and a numerical scheme based on the approach of Roe with flow limiter in the secondorder. Tests cases were conducted to validate the sol ver and different boundary conditions introduced, inc1udingspecific conditions developed for the purpose of simulation. The first results emphasize the interest of theproposed and unless our error model, for the first time, the analysis of the sources responsible vortex instabilitiesin these engines has been studied by incorporating the effects of continuous change in geometry. Finally, thefeasibility of a strong interaction between fluid and solid solver was conducted on a simplified model of a multiengine.AlI the developments allows access to complex mechanisms coupled and strong interactions in solidrocket motors and off ers new insights into the characterization of strongly coupled mechanisms

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Silvestrini, Jorge Hugo. "Simulation des grandes échelles des zones de mélange : application à la propulsion solide des lanceurs spatiaux." Grenoble INPG, 1996. http://www.theses.fr/1996INPG0104.

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Abstract:

On presente le formalisme de la simulation des grandes echelles (les) pour l'etude des ecoulements turbulents incompressibles et compressibles, puis les modeles sous-maille qui tiennent compte des echelles plus petites que la maille de calcul. Des tests, en configuration de couche de melange temporelle, permettent de mettre en evidence le comportement de differents modeles. Ensuite, des les des couches de melanges tridimensionnelles temporelles et spatiales sont presentees. Dans le deux cas, on teste deux types de perturbations sur la condition initiale (condition d'entree pour le probleme spatial): une 3d isotrope et l'autre quasi-bidimensionnelle. Ces simulations mettent en evidence: l'origine et l'evolution des tourbillons longitudinaux secondaires qui caracterisent les couches de melanges, leurs caracteristiques principales telles que longueur, DIAMETRE ET INTENSITE, L'EVOLUTION DE LEUR DIAMETRE AVEC L'APPARIEMENT DES TOURBILLONS PRIMAIRES DE KELVIN-HELMHOLTZ ET L'AJUSTEMENT DE LEUR ESPACEMENT AVEC LA SEPARATION ENTRE STRUCTURES PRIMAIRES. DES SIMULATIONS AVEC DIFFERENTES PERTURBATIONS METTENT EN EVIDENCE LA SENSIBILITE DE LA COUCHE DE MELANGE AUX CONDITIONS INITIALES OU CONDITIONS D'ENTREE. UNE SIMULATION TEMPORELLE, AVEC DES PERTURBATIONS INITIALES 3D ISOTROPES, PERMET D'ARRIVER A UN ETAT DE TURBULENCE PLEINEMENT DEVELOPPEE EN REGIME AUTO-SIMILAIRE. CECI EST VERIFIE AVEC DES DONNEES EXPERIMENTALES. FINALEMENT, ON PRESENTE DES SIMULATIONS REALISEES DANS DES GEOMETRIES SIMPLIFIEES D'UN MOTEUR A PROPERGOL SOLIDE COMME CELUI DU PROPULSEUR A POUDRE DU LANCEUR SPATIAL ARIANE 5. EN PLUS DE LACHERS DES TOURBILLONS DE KELVIN-HELMHOLTZ ON A MIS EN EVIDENCE DEUX TYPES D'INSTABILITES SECONDAIRES QUI SONT A L'ORIGINE DE LA FORMATION DES TOURBILLONS LONGITUDINAUX. DANS UN CAS IL APPARAIT DES TOURBILLONS LONGITUDINAUX ANALOGUES A CEUX OBSERVES DANS LES COUCHES DE MELANGE TANDIS QUE DANS L'AUTRE CAS, IL S'AGIT PLUTOT DE TOURBILLONS DE GORTLER, PRODUITS PAR LE DETACHEMENT DE LA COUCHE LIMITE EN AMONT DE LA TUYERE. CES TOURBILLONS SONT RESPONSABLES DE L'ELARGISSEMENT VERS LES HAUTES ET LES BASSES FREQUENCES, DU SPECTRE D'ENERGIE CINETIQUE MESURE EN MI-CHAMBRE

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Sibra, Alaric. "Modélisation et étude de l’évaporation et de la combustion de gouttes dans les moteurs à propergol solide par une approche eulérienne Multi-Fluide." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLC019/document.

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Abstract:

En propulsion solide, l'ajout de particules d'aluminium dans le propergol améliore de façon significative les performances du moteur grâce à une augmentation sensible de la température de chambre. La présence de gouttes d'aluminium et de résidus d'alumine de différentes tailles et en quantité importante a un impact notoire sur le fonctionnement du moteur. Dans cette optique, nous souhaitons obtenir une meilleure prévision de la stabilité de fonctionnement en cas de déclenchement d'instabilités d'origine aéroacoustique ou thermoacoustique. Nous visons des calculs plus précis de l'étendue de la zone de combustion, de la chaleur dégagée par la combustion distribuée des gouttes et de la distribution en taille des résidus. Nos efforts ont porté sur la modélisation des échanges entre la phase gazeuse et cette phase dispersée composée de gouttes de nature et de taille très diverses. Le paramètre taille pilotant la dynamique du spray et le couplage avec le gaz, le suivi précis des changements de taille est un enjeu majeur.Dans cette contribution, nous avons choisi une approche cinétique pour la description des sprays polydisperses. L'équation cinétique de Williams-Boltzmann utilisée pour suivre l'évolution des propriétés du spray est résolue par une approche eulérienne. Les méthodes Multi-Fluide (MF) traitent naturellement les changements de taille tels que l'évaporation et la coalescence. Ces méthodes reposent sur une intégration continue de la variable taille sur des intervalles fixes appelés sections sur lesquels nous pouvons dériver des systèmes d'équations de conservation. Chaque système est vu comme un fluide qui est en couplage fort avec la phase gazeuse via des termes sources.Nous avons travaillé sur une méthode MF à deux moments en taille basée sur une famille de fonctions de forme polynomiale pour reconstruire la distribution en taille au sein des sections. Cette approche d'ordre deux en temps et en espace s'avère performante car elle décrit avec précision l'évolution de la distribution avec un nombre modéré de sections. Un travail original a été mené afin d'étendre l'approche MF à des gouttes bicomposants. Cette méthode ouvre la voie à des modèles de combustion des gouttes d'aluminium plus représentatifs. Dans le contexte des simulations instationnaires, nous avons porté une attention particulière à l'emploi d'une stratégie numérique robuste et précise pour le couplage entre les phases modélisées par une approche Euler-Euler. Nous montrons qu'une méthode de splitting séparant le traitement du transport des phases gazeuse/dispersée de celui des termes sources est particulièrement adaptée pour la résolution d'un problème multi-échelle spatial et temporel. Dans la mesure où les conditions de réalisabilité sur les moments en taille des méthodes MF ne sont pas garanties avec des méthodes d'intégration traditionnelles, nous avons développé des schémas innovants pour l'intégration des termes sources. Les travaux proposés dans cette contribution répond à deux exigences : 1- un ratio coût/précision attractif pour des simulations industrielles 2- une facilité d'implémentation des méthodes et une modularité assurant la pérennisation des codes industriels. Ces développements ont d'abord été vérifiés à l'aide d'un code ad hoc ; des cas test d'étude d'acoustique diphasique linéaire ont notamment souligné la pertinence de la technique de splitting pour restituer avec précision les interactions spray-acoustique. Les nouvelles méthodes ont ensuite été implémentées et validées au sein du code multi-physique CEDRE développé à l'ONERA. Des calculs de propulsion solide sur des configurations moteur réalistes ont finalement mis en évidence le niveau de maturité atteint par les méthodes eulériennes pour décrire avec fidélité la dynamique des sprays polydisperses. Les résultats de ces simulations ont mis en avant la sensibilité des niveaux d'instabilités en fonction de la distribution en taille des gouttes d'aluminium et des résidus The addition of a significant mass fraction of aluminum particle in the propellant of Solid Rocket Motors improves performance through an increase of the temperature in the combustion chamber. The distributed combustion of aluminum droplets in a portion of the chamber yields a massive amount of disperse aluminum oxide residues with a large size spectrum, called a polydisperse spray, in the entire volume. The spray can have a significant impact on the motor behavior and in particular on the onset/damping of instability. When dealing with aeroacoustical and thermoacoustical instabilities, the faithful prediction of the interactions between the gaseous phase and the spray is a determining step for understanding the physical mechanisms and for future solid rocket motor optimization. In such a harsh environment, experimental measurements have a hard time providing detailed explanation of the physical mechanisms and one has to resort to numerical simulation. For such a purpose, the distributed combustion zone and thermal profile therein, the heat generated by the combustion of the dispersed droplets and the large size distribution of the aluminum oxide residues and its coupling with he gaseous phase hydrodynamic and acoustic fields have to be accurately reproduced through a proper level of modeling and a high fidelity simulation including a precise resolution of size polydispersity, which is a key parameter.In this contribution, we choose a kinetic approach for the description of polydisperse sprays. The Williams-Boltzmann Equation is used to model the disperse phase and we derive a fully Eulerian approach through moment methods. The Multi-Fluid (MF) methods naturally treat droplet size evolution through phenomena such as evaporation and coalescence. These methods rely on the conservation of size moments on fixed intervals called sections and yield systems of conservation laws for a set of "fluids" of droplet of various sizes, which is strongly coupled with the gas phase via source terms. We derive a new optimal and flexible Two Size Moment MF method based on a family of polynomial reconstruction functions to describe the size distribution in the sections, which is second order accurate and particularly efficient at describing accurately the evolution of the size distribution with a moderate number of sections. An original work is also conducted in order to extend this approach to two-component droplets. For size moment MF methods, realizability of the moments is a crucial issue. Thus, we have developed innovative schemes for integrating source terms in moment conservation equations describing transport in phase space. This method enables the use of more representative aluminum droplet combustion models, and leads to more advanced studies of the distributed combustion zone. Moreover, for unsteady two-phase flow simulations, we have developed a robust and accurate coupling strategy between phases that are modeled by a fully Eulerian approach based on operator splitting in order to treat such spatial and temporal very multi-scale problems with reasonable computational time. All the proposed developments have been carried out following two criteria : 1- an attractive cost/accuracy ratio for industrial simulations in the context of high fidelity simulations 2- a preservation of industrial code legacy. Verification of the models and methods have been conducted first using an in-house reseach code and then in the context of a two-phase acoustic study thus emphasizing the relevance of the splitting technique to capture accurately spray-acoustic interactions

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Dupif, Valentin. "Modélisation et simulation de l’écoulement diphasique dans les moteurs-fusées à propergol solide par des approches eulériennes polydispersées en taille et en vitesse." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC050/document.

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Abstract:

Les gouttes d’oxyde d’aluminium présentes en masse dans l’écoulement interne des moteurs-fusées à propergol solide ont tendance à influerde façon importante sur l’écoulement et sur le fonctionnement du moteur quel que soit le régime. L’objectif de la thèse est d’améliorerles modèles diphasiques eulériens présents dans le code de calcul semi-industriel pour l’énergétique de l’ONERA, CEDRE, en y incluant lapossibilité d’une dispersion locale des particules en vitesse en plus de la dispersion en taille déjà présente dans le code, tout en gardant unestructure mathématique bien posée du système d’équations à résoudre. Cette nouvelle caractéristique rend le modèle capable de traiter lescroisements de trajectoires anisotropes, principale difficulté des modèles eulériens classiques pour les gouttes d’inertie modérément grande.En plus de la conception et de l’analyse détaillée d’une classe de modèles basés sur des méthodes de moments, le travail se concentre sur larésolution des systèmes d’équations obtenus en configurations industrielles. Pour cela, de nouvelles classes de schémas précis et réalisables pourle transport des particules dans l’espace physique et l’espace des phases sont développées. Ces schémas assurent la robustesse de la simulationmalgré différentes singularités (dont des chocs, -chocs, zones de pression nulle et zones de vide...) tout en gardant une convergence d’ordredeux pour les solutions régulières. Ces développements sont conduits en deux et trois dimensions, en plus d’un référentiel bidimensionnelaxisymétrique, dans le cadre de maillages non structurés.La capacité des schémas numériques à maintenir un niveau de précision élevé tout en restant robuste dans toutes les conditions est un pointclé pour les simulations industrielles de l’écoulement interne des moteurs à propergol solide. Pour illustrer cela, le code de recherche SIERRA,originellement conçu durant les année 90 pour les problématiques d’instabilités de fonctionnement en propulsion solide, a été réécrit afin depouvoir comparer deux générations de modèles et de méthodes numériques et servir de banc d’essais avant une intégration dans CEDRE. Lesrésultats obtenus confirment l’efficacité de la stratégie numérique choisie ainsi que le besoin d’introduire, pour les simulations axisymétriques,une condition à la limite spécifique, développée dans le cadre de cette thèse. En particulier, les effets à la fois du modèle et de la méthodenumérique dans le contexte d’une simulation de l’écoulement interne instationnaire dans les moteurs-fusées à propergol solide sont détaillés.Par cette approche, les liens entre des aspects fondamentaux de modélisation et de schémas numériques ainsi que leurs conséquences pour lesapplications sont mis en avant The massive amount of aluminum oxide particles carried in the internal flow of solid rocket motors significantly influences their behavior.The objective of this PhD thesis is to improve the two-phase flow Eulerian models available in the semi-industrial CFD code for energeticsCEDRE at ONERA by introducing the possibility of a local velocity dispersion in addition to the size dispersion already taken into accountin the code, while keeping the well-posed characteristics of the system of equations. Such a new feature enables the model to treat anisotropicparticle trajectory crossings, which is a key issue of Eulerian models for droplets of moderately large inertia.In addition to the design and detailed analysis of a class of models based on moment methods, the conducted work focuses on the resolution ofthe system of equations for industrial configurations. To do so, a new class of accurate and realizable numerical schemes for the transport ofthe particles in both the physical and the phase space is proposed. It ensures the robustness of the simulation despite the presence of varioussingularities (including shocks, -shocks, zero pressure area and vacuum...), while keeping a second order accuracy for regular solutions. Thesedevelopments are conducted in two and three dimensions, including the two dimensional axisymmetric framework, in the context of generalunstructured meshes.The ability of the numerical schemes to maintain a high level of accuracy in any condition is a key aspect in an industrial simulation of theinternal flow of solid rocket motors. In order to assess this, the in-house code SIERRA, originally designed at ONERA in the 90’s for solidrocket simulation purpose, has been rewritten, restructured and augmented in order to compare two generations of models and numericalschemes, to provide a basis for the integration of the features developed in CEDRE. The obtained results assess the efficiency of the chosennumerical strategy and confirm the need to introduce a new specific boundary condition in the context of axisymmetric simulations. Inparticular, it is shown that the model and numerical scheme can have an impact in the context of the simulation of the internal flow ofsolid rocket motors and their instabilities. Through our approach, the shed light on the links between fundamental aspects of modeling andnumerical schemes and their consequences on the applications

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Meynet, Nicolas. "Simulation numérique de la combustion d'un propergol solide." Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066605.

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Nait-Abdelaziz, Moussa. "Ténacité dynamique d'un propergol solide composite aspects expérimentaux et théoriques." Grenoble : ANRT, 1985. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb375950050.

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Caré, Eliane. "Modélisation des écoulements de propergol solide lors du remplissage de moules." Bordeaux 1, 1994. http://www.theses.fr/1994BOR10519.

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Abstract:

Nous nous interessons a la simulation numerique du remplissage, d'abord sous vide parfait, puis sous vide relatif, de moules geometriquement complexes par un fluide incompressible tres visqueux, le propergol. Un tel ecoulement a surface libre est modelise par un systeme evolutif regroupant les equations de navier-stokes en milieu incompressible et une equation de transport traduisant l'avancee du front de matiere au cours du temps. Dans le vide, le systeme de navier-stokes discretise dans le domaine fluide est resolu par une methode a deux pas fractionnaires, dont le second pas est inverse par l'algorithme tres performant d'uzawa-identite. Un modele global baptise stokes+euler est par contre propose pour simuler l'ecoulement du propergol dans un milieu gazeux. Une approche a deux constituants permet une modelisation correcte de la surface libre sans necessiter la connaissance de sa position et de sa geometrie exactes. Toutes les simulations numeriques obtenues ont ete valide par des maquettes experimentales

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Chaouat, Bruno. "Modelisation et simulation des ecoulements turbulents dans les propulseurs a propergol solide." Paris 6, 1994. http://www.theses.fr/1994PA066338.

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Abstract:

La connaissance des ecoulements turbulents est necessaire pour ameliorer la maitrise de fonctionnement et les performances des propulseurs a propergol solide. Dans ce but, des outils de simulation numerique ont ete mis en place. Dans une premiere partie, le schema numerique et les conditions aux limites des equations d'euler et de navier-stokes sont presentes. Dans la seconde partie, l'accent est mis sur la modelisation de la turbulence. Des developpements a caractere theorique des lois de fermeture des equations turbulentes au premier ordre sont effectues. En particulier, un modele k-epsilon a bas nombre de reynolds est propose pour simuler les ecoulements induits par une injection parietale. Cette formulation permet une avancee dans la comprehension physique de ce type d'ecoulement. Dans la troisieme partie, des simulations numeriques sont presentees. L'ecoulement tridimensionnel en fluide parfait d'un propulseur a chargement finocyl est decrit en detail. Des simulations numeriques de l'ecoulement dans un montage de simulation en gaz froid de type propulseur sans tuyere sont realisees avec des modeles k-epsilon a haut et bas nombre de reynolds. Les comparaisons avec l'experience se sont averees satisfaisantes. L'amelioration des modeles de turbulence constitue la perspective la plus interessante de ce travail et merite d'etre poursuivie

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SCHMEISSER, GAILLIEGUE KATIA. "Etude de la phase condensee dans les propulseurs a propergol solide aluminise." Paris 6, 1998. http://www.theses.fr/1998PA066686.

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Abstract:

Cette etude contribue a une meilleure comprehension de la structure de l'ecoulement et de la dispersion des particules dans les propulseurs a propergol solide aluminise. Les modeles de turbulence standard a deux equations de transport de type k- ne permettent pas de determiner correctement les ecoulements dans les moteurs a propergol solide dont les deux caracteristiques principales sont de comporter une zone de transition du regime laminaire au regime turbulent et des structures coherentes tourbillonnaires couplees aux ondes acoustiques. Les fonctions d'amortissement des modeles de turbulence necessitent d'etre adaptees aux ecoulements induits par un debit d'injection parietale provenant de la combustion du propergol. La mise en uvre de fonctions adaptees a ces ecoulements montrent leur influence sur le niveau des grandeurs turbulentes et la transition de l'ecoulement. L'effet de ces fonctions equivaut a celui de l'injection parietale de turbulence a la paroi debitante. L'utilisation d'une methode lagrangienne instationnaire de suivi des particules couplee au calcul du champ aerodynamique de l'ecoulement montre l'influence de la propagation periodique des structures coherentes sur la dispersion des particules. Pour des nombres de stokes de particules bases sur la frequence du detachement tourbillonnaire de l'ordre de 1, la dispersion dans une section donnee de l'ecoulement correspond a un histogramme a deux pics representatif d'une evolution temporelle sinusoidale des particules. La forme de cet histogramme ne peut etre rendue par les modeles stochastiques bases sur une repartition gaussienne des fluctuations de l'ecoulement. Pour simuler correctement la dispersion des particules en propulseur, il faut decrire le champ de l'ecoulement sans attenuer les structures coherentes de l'ecoulement et calculer les trajectoires des particules a l'aide d'un modele de dispersion base sur un processus representatif d'une evolution temporelle sinusoidale des particules.

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Ninous, Jacques. "Comportement viscoélastique et endommageable d'un propergol composite solide : application au dimensionnement d'une charge de propergol soumise à une sollicitation d'origine thermomécanique." Bordeaux 1, 1995. http://www.theses.fr/1995BOR10609.

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Abstract:

Afin de dimensionner des moteurs a propergol solide soumis a une sollicitation d'origine thermomecanique, nous modelisons la reponse dilatometrique experimentale par un modele phenomenologique non lineaire a cinq parametres. Ce modele original permet d'inclure l'effet de la temperature et de la vitesse de deplacement sur le seuil de decohesion ainsi que sur le taux de charges vacuolisees. Il est determine grace aux essais de traction uniaxiale effectues au dilatometre a gaz de farris a differentes conditions de temperature et de vitesse de deplacement sur un propergol pbht. L'avantage d'une telle loi, a vocation industrielle, est d'etre totalement determinee a partir d'un nombre reduit d'essais de traction. L'integration du modele phenomenologique au sein d'un code interne monodimensionnel viscoelastique non lineaire (venl), autorise l'etablissement d'une methode simplifiee de dimensionnement des moteurs a propergol solide soumis a des variables de temperature. Les premiers calculs predictifs appliques a des maquettes a canal central circulaire soumises a des cycles thermiques sont encourageants

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Ribereau, Dominique. "Génération d'un logiciel de simulation de la combustion d'un bloc de propergol solide." Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37618073q.

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Ribereau, Dominique. "Génération d'un logiciel de simulation de la combustion d'un bloc de propergol solide." Bordeaux 1, 1988. http://www.theses.fr/1988BOR10594.

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Abstract:

Etablissement d'un code d'application industrielle qui simule en 3d la combustion de chargements de propergol solide. La modelisation de la regression de surface, a vitesse constante ou variable, est realisee grace a un systeme hyperbolique qui utilise les normales au front de flamme. Utilisation de la conception assistee par ordinateur pour construire et visualiser un maillage surfacique tridimensionnel, sur lequel s'appuie la resolution numerique. Etude d'un autre modele pour simuler la combustion de blocs a fils

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Nicoud, Franck. "Prévision des transferts thermiques sur les protections thermiques d'un propulseur à propergol solide." Toulouse, INPT, 1993. http://www.theses.fr/1993INPT061H.

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Abstract:

L'aerodynamique interne d'un propulseur a propergol solide est etudiee dans la premiere partie. Le concept de simulation en gaz froid des propulseurs etant souvent utilise de maniere a obtenir des bases de donnees experimentales, une large revue bibliographique concernant ces montages est menee. L'analyse des approches numeriques utilisees pour la modelisation de tels montages a conduit a retenir une description de la turbulence de type k-l. Les simulations numeriques de deux montages a froid permettent de valider, sur un plan purement aerodynamique, le code de calcul elabore. Le propulseur d'etude concu et realise est decrit dans la seconde partie. Ce montage experimental a permis de constituer une base de donnees concernant les echanges thermiques quasi stationnaires generes sur paroi inerte au sein de la chambre de combustion d'un propulseur a propergol solide. Les calculs effectues montrent qu'une approche ne necessitant pas l'utilisation d'un maillage tres raffine a la paroi suffit a reproduire les niveaux de flux mesures. En outre, une loi de paroi prenant en compte l'effet des forts gradients de temperature et permettant de mieux decrire les mesures effectuees est proposee. La troisieme partie concerne l'evaluation de l'ablation d'un materiau de protection thermique place dans la chambre de combustion du propulseur d'etude. Le teflon a ete retenu en raison de la simplicite de ses mecanismes de degradation. Sur le plan de la mesure, les difficultes inherentes a l'utilisation de la methode ultrasonore sont mises en evidence. Les mesures dimensionnelles effectuees avant et apres essais constituent une base de donnees permettant de valider les futures codes de calcul d'ablation de protection thermique. La validite du couplage d'un code de calcul d'aerothermique et d'un module d'evaluation de la reponse d'un materiau de protection est discutee. Enfin, la simulation numerique complete des essais effectues est presentee

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Duval, Rodolphe. "Transfert radiatif dans des chambres de combustion de propulseurs à propergol solide aluminisé." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2002. http://www.theses.fr/2002ECAP0893.

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Abstract:

Les transferts radiatifs dans des propulseurs à propergol solide aluminisé ont été étudiés afin d'évaluer les flux radiatifs entre les produits de combustion du propergol en écoulement diphasique et les parois. Une première étape a consisté à caractériser radiativement le milieu. La détermination des propriétés radiatives des espèces gazeuses s'est effectuée à partir d'un modèle statistique à bandes étroites. Quant à la caractérisation radiative des particules d'aluminium oxydées, leurs propriétés ont été déterminées à l'aide de la théorie de Mie et de leurs caractéristiques optiques et granulométriques. La deuxième étape de cette étude correspond à la modélisation du couplage entre le rayonnement et l'écoulement diphasique. Un modèle de transfert radiatif, localement monodimensonnel, tenant compte des fluctuations turbulentes de température et des déséquilibres thermiques entre les constituants du milieu est développé. Afin d'évaluer les grandeurs liées à la phase condensée, un modèle lagrangien de trajectoires prenant en compte les effets de turbulence en terme de dispersion particulaire ainsi que les échanges radiatifs entre les constituants du milieu est mis en oeuvre. Pour disposer des champs aérothermiques turbulents de l'écoulement gazeux, un modèle bas Reynolds à quatre équations supplémentaires est utilisé. Différents types de couplage entre l'écoulement et le rayonnement sont considérés. L'ensemble de ces modèles est appliqué à deux configurations du moteur MPS-P230. Dans l'ensemble arrière a été mis en évidence un blocage par les zones froides de la couche limite du rayonnement en provenance de zones externes plus chaudes, avec un rôle important pour les petites particules. Dans la zone col-divergent, la rétroaction de la phase dispersée sur la phase continue est prépondérante au niveau des couplages. Quant à la turbulence thermique, il est montré qu'elle peut affecter sensiblement le flux radiatif lorsque l'intensité de turbulence est élevée Radiative transfer in combustion chamber of aluminised soli propellant rocket engines is investigated. A first step consisted on the determination of the radiative properties of gases such as H2O, CO2, CO and HC1. They are computed from a random statistical narrow-band model. For radiative properties of alumine produced during propellant burning, Mie theory is used with optical and granulometric characteristics. The second step concerns the modelling of interaction between radiation and two-phase flow. A radiative transfer model, locally one dimensional included temperature fluctuations and thermal non equilibrium between each component of the medium is developed. A lagrangian stochastic model taken into account turbulence effects and radiative source term in the heat-balance equation is used to determinate the alumine particles flow fields. A near-wall turbulence model is used to solve flow equations in a couped manner with the energy equation. Two types of configurations are studied for interaction between radiation and two-phase flow. In the rear area, radiation coming from external flow is blocked by cold zone of the boundary layer. It is shown that small particles paly a significant part in this process. In nozzle throat-divergent area, the interaction between dispersed and continue phases is found to be the most significant one. The effects of the thermal turbulence are all the more significant that thermal turbulence intensity is high

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Mazon, Didier. "Etude de la stabilité linéaire du mode acoustique longitudinal d'un propulseur à propergol solide." Aix-Marseille 1, 1996. http://www.theses.fr/1996AIX11076.

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Abstract:

Cette these est consacree a l'etude de la stabilite lineaire du mode acoustique longitudinal d'un propulseur a propergol solide. L'objectif est d'obtenir l'expression analytique du taux d'amortissement lineaire par les mecanismes stabilisants et d'identifier en particulier l'effet de l'ecoulement stationnaire. L'etude considere la dissipation moleculaire ainsi que la reponse instationnaire de la combustion et de la tuyere aux fluctuations de pression. L'analyse physique du probleme revele differents regimes classes suivant la valeur de la frequence acoustique. Pour les hautes et moyennes frequences, les modes acoustiques presentent un cisaillement de courte longueur d'onde, localise dans une couche limite pres de la paroi debitante. Pour les basses frequences, l'oscillation envahit toute la chambre. L'etude du regime intermediaire montre que la viscosite disparait de l'expression finale du taux d'amortissement par dissipation visqueuse. De plus, le bilan d'energie, effectue hors de la couche limite, met en evidence un mecanisme non dissipatif, represente par le tenseur du taux de deformation de l'ecoulement de base. Sa contribution au taux d'amortissement est du meme ordre de grandeur que celle apportee par la dissipation visqueuse ou par la tuyere (proportionnelle a la vitesse de combustion divisee par le rayon de la chambre). Le chapitre 2 traite de la resolution analytique du cas monophasique par des methodes de perturbations systematiques (echelles multiples et/ou developpements asymptotiques raccordes). Les resultats obtenus pour le domaine des frequences intermediaires montrent le role respectif des mecanismes d'amortissements, dissipatifs ou non. Pour les basses frequences, l'expression du taux d'amortissement reste le meme et les mecanismes sont identiques. Le chapitre 3 prend en compte l'amortissement supplementaire produit par des particules d'alumine en suspension dans les gaz brules. L'effet du cisaillement n'influence pas le resultat du taux d'amortissement par les particules qui reste egal a celui obtenu pour un mode acoustique longitudinal dans un milieu au repos

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Chaalane, Amar. "Microsystème de propulsion a propergol solide sur silicium : application au controle d'assiette de micro-drone." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00433508.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse ont porté sur la conception, la réalisation et la caractérisation de matrices de micro-propulseurs à propergol solide intégrés sur silicium. Ces structures sont dédiées la stabilisation de drone miniature et pouvant aussi être utilisées pour la propulsion des Micro/Nano-Satellites. Les travaux se sont effectués dans le cadre d'un projet financé par la Direction Générale pour l'Armement (DGA) en collaboration entre le LAAS-CNRS et la société PROTAC du groupe THALES. Le principe de fonctionnement d'un micropropulseur repose sur l'initiation thermique d'un matériau pyrotechnique de type propergol introduit dans la cavité des micropropulseurs. Une fois soumis à une polarisation de type courant, une résistance micro-usinée sur une membrane diélectrique très fine chauffe le propergol par effet Joule jusqu'à initié de l'auto-combustion. Les gaz générés vont traverser la micro-tuyère et fournir la poussée. Après avoir évalué les besoins en propulsion pour la stabilisation d'un drone miniature en vol, nous avons opté pour la micropropulsion à propergol solide qui présente de nombreux avantages pour l'application visée : c'est une technologie simple, nécessitant peu de puissance de fonctionnement (quelque 100mW) et qui est adaptable facilement au besoin de la mission. Les forces générées sont réglables entre quelques 100µN jusqu'au N en modifiant seulement - pour un type utilisé de propergol - la dimension du col de tuyère. Au cours de ce manuscrit de thèse, nous présenterons tout d'abord les spécifications de la DGA qui ont guidées nos conceptions, nous présenterons ensuite la technologie de fabrication et d'assemblage mis en œuvre au sein de la centrale technologique du LAAS. Et en fin, les résultats de caractérisation qui valident le fonctionnement et la gamme de poussée accessible par cette technologie seront donnés.

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Pascal, Jérôme. "Vitesse de combustion d'un propergol solide composite en présence d'oscillations de la vitesse de l'écoulement." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37608678w.

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Chaalane, Amar. "Microsystème de propulsion à propergol solide sur silicium : application au contrôle d'assiete de micro-drone." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/724/.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse ont porté sur la conception, la réalisation et la caractérisation de matrices de micro-propulseurs à propergol solide intégrés sur silicium. Ces structures sont dédiées la stabilisation de drone miniature et pouvant aussi être utilisées pour la propulsion des Micro/Nano-Satellites. Les travaux se sont effectués dans le cadre d'un projet financé par la Direction Générale pour l'Armement (DGA) en collaboration entre le LAAS-CNRS et la société PROTAC du groupe THALES. Le principe de fonctionnement d'un micropropulseur repose sur l'initiation thermique d'un matériau pyrotechnique de type propergol introduit dans la cavité des micropropulseurs. Une fois soumis à une polarisation de type courant, une résistance microusinée sur une membrane diélectrique très fine chauffe le propergol par effet Joule jusqu'à initié de l'auto-combustion. Les gaz générés vont traverser la micro-tuyère et fournir la poussée. Après avoir évalué les besoins en propulsion pour la stabilisation d'un drone miniature en vol, nous avons opté pour la micropropulsion à propergol solide qui présente de nombreux avantages pour l'application visée : c'est une technologie simple, nécessitant peu de puissance de fonctionnement (quelque 100mW) et qui est adaptable facilement au besoin de la mission. Les forces générées sont réglables entre quelques 100µN jusqu'au N en modifiant seulement - pour un type utilisé de propergol - la dimension du col de tuyère. Au cours de ce manuscrit de thèse, nous présenterons tout d'abord les spécifications de la DGA qui ont guidées nos conceptions, nous présenterons ensuite la technologie de fabrication et d'assemblage mis en œuvre au sein de la centrale technologique du LAAS. Et en fin, les résultats de caractérisation qui valident le fonctionnement et la gamme de poussée accessible par cette technologie seront donnés This work concerns the conception, the realization and the characterization of solid propellant microthruster array integrated on silicon. These MEMS devices are devoted the stabilization of small drone and also be used as propulsion module for Micro/Nano-Satellites. This study was made within a national project financed by the French Military Agency (Direction Générale pour l'Armement 'DGA') in partnership between the LAAS-CNRS and the PROTAC of THALES group. The concept is based on the high rate combustion of solid propellant or explosive stored in a micromachined chamber. The ignition process is insured by heating effect of a polysilicon resistor micromachined on thin membrane. The generated gases are accelerated throw the micro-nozzle and supply the thrust force. In a first step, we estimated the propulsion forces needed for stabilize the small drone in flight. He solid propellant micropropulsion mode is chosen because it is not complicated technology, need low power supply and generate a large rang of trust. For a specified energetic material, the generated force is adjustable from few 100µN to N simply by modifying the nozzle throat dimension. In this manuscript, we present first of all, the DGA specifications used for conception, the technology of manufacturing and assembly developed at LAAS. Finally, the thrust characterization results are given

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Picquart, Marion. "Développement d’une loi de comportement pour les méthodes de dimensionnement des chargements en propergol solide composite." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASC019.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur le développement d’une loi de comportement viscoélastique non-linéaire pour les propergols solides composites. Une base expérimentale mettant en évidence le comportement à modéliser est construite à l’aide du propergol d’étude. Puis, les origines microscopiques de ce comportement macroscopique sont investiguées, au moyen d’éprouvettes spécialement conçues à cet effet. Les résultats de l’étude montrent que le frottement et la cavitation sont deux mécanismes prépondérants. Les relations mathématiques entre ces micromecanismes et les propriétés mécaniques du matériau sont déterminées par homogénéisation, puis introduites dans un cadre viscoélastique isotrope tridimensionnel. Les paramètres du modèle ainsi obtenu sont identifiés sur la base expérimentale, suite à quoi la loi est capable de restituer la majeure partie des non-linéarités du comportement exprimées sous sollicitations cycliques. Après intégration dans un code de calcul par éléments finis, la loi est finalement validée sur des cas d’application réels. Les résultats montrent qu’une meilleure restitution du comportement du propergol au cours de son cycle de vie permet d’améliorer le dimensionnement des chargements de manière significative This work describes the development of a viscoelastic nonlinear constitutive law for solid composite propellants. An experimental basis showing the nonlinear behavior expressed by solid propellants is constructed. Then, microscopic sources of this macroscopic behavior are investigated using new samples specifically designed. Results show that friction and cavitation are responsible for the major parts of the nonlinearities. Homogenization is used to determine mathematical relations between these two mechanisms and the mechanical properties of the material. The relations are then integrated in a viscoelastic, isotropic, tridimensional model. Parameters are identified using the experimental basis. The model shows a good ability to reproduce and predict the propellant behavior nonlinearities expressed under cyclic loads. After completion of the development, the model is used into a design method and finite element calculation are performed on real objects. Results validate the new method and show that improving the behavior prediction also improves the design method and generates profits

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FAVRAY, FREDERIC. "Etude de l'instabilite d'un ecoulement confine. Application a un modele hydrodynamique de propulseur a propergol solide." Paris 6, 1999. http://www.theses.fr/1999PA066185.

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Abstract:

Nous presentons dans ce manuscrit une etude ayant pour but la comprehension des oscillations de pression mises en evidence dans les moteurs a propergol solide. Une experience de laboratoire est decrite, pour laquelle des mesures automatisees de pression et de vitesse sont effectuees. Nous etudions un ecoulement d'eau, considere comme incompressible, dans une geometrie composee d'un canal avec injection parietale et d'une cavite. Dans cette geometrie, des auto-oscillations de pression sont mises en evidence. Les frequences mises en jeu permettent de construire des nombres de strouhal de meme ordre de grandeur que ceux releves lors d'experiences realisees dans des modeles reduits de moteurs a poudre. Ceci montre la capacite de notre approche hydrodynamique a reproduire les instabilites mises en jeu dans les propulseurs. Nous prolongeons les experiences par des etudes qualitatives afin de montrer la forte dependance du systeme aux conditions experimentales. Nous analysons les instabilites de l'ecoulement de base, calcule numeriquement par une methode d'elements finis spectraux. L'etude de stabilite est egalement realisee par la voie numerique selon une methode de galerkin, dont l'objet est la resolution de l'equation d'orr-sommerfeld. Nous pouvons ainsi mettre en evidence que les frequences des oscillations de pression mesurees, correspondent aux frequences des perturbations les plus amplifiees par l'ecoulement de base. Nous montrons que la forte sensibilite du systeme aux conditions experimentales, peut etre expliquee par la nature de l'instabilite, localement partout convective. Ainsi, theoriquement, le modele hydrodynamique presente possede les proprietes de sensibilite d'un systeme amplificateur de bruit. Dans une configuration experimentale fixee, le confinement de l'ecoulement impose cependant au systeme etudie, de se comporter globalement comme un oscillateur.

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Dissertations / Theses on the topic 'Moteur à Propergol Solide'

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