Dissertations / Theses: 'Propergols'

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Larangot, Benoît. "Conception, fabrication et caractérisation de matrices de micropulseurs pyrotechniques sur silicium." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30005.

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HEUILLET, PATRICK. "Caracterisation de l'endommagement des propergols solides composites." Compiègne, 1992. http://www.theses.fr/1992COMP0460.

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Abstract:

Les propergols solides composites sont des élastomères fortement chargés utilisés comme combustibles solides dans les moteurs fusées. Ces matériaux, endommagea¬bles, présentent un comportement viscoélastique non linéaire. Les phénomènes physiques d'endommagement entrainent une dissipation d'énergie. Nous avons caractérisé la dégradation du matériau en cherchant à évaluer cette énergie dissipée. Pour différents types d'essais traction uniaxiale, cisaillement simple, cisaillement pur et traction équibiaxiale et de nombreuses conditions expérimentales, nous avons montré que la densité d'énergie dissipée dans les phénomènes d'endommagement pouvait représenter l'état d'avancement vers la ruine. A rupture, pour un type de sollicitation dans des conditions expérimentales données, la densité d'énergie dissipée en endommagement atteint une valeur critique, indépendante du chemin de chargement. Nous avons proposé une loi de dommage et un critère de rupture multiaxial. Le dommage est essentiellement lié à la déformation du matériau. Pour le propergol étudié, les phénomènes physiques d'endommagement se résument à de la décohésion entre les charges et la matrice.

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Heuillet, Patrick. "Caractérisation de l'endommagement des propergols solides composites." Compiègne, 1992. http://www.theses.fr/1992COMPD460.

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Abstract:

Les propergols solides composites sont des élastomères fortement chargés utilisés comme combustibles solides dans les moteurs fusées. Ces matériaux, endommagea¬bles, présentent un comportement viscoélastique non linéaire. Les phénomènes physiques d'endommagement entrainent une dissipation d'énergie. Nous avons caractérisé la dégradation du matériau en cherchant à évaluer cette énergie dissipée. Pour différents types d'essais traction uniaxiale, cisaillement simple, cisaillement pur et traction équibiaxiale et de nombreuses conditions expérimentales, nous avons montré que la densité d'énergie dissipée dans les phénomènes d'endommagement pouvait représenter l'état d'avancement vers la ruine. A rupture, pour un type de sollicitation dans des conditions expérimentales données, la densité d'énergie dissipée en endommagement atteint une valeur critique, indépendante du chemin de chargement. Nous avons proposé une loi de dommage et un critère de rupture multiaxial. Le dommage est essentiellement lié à la déformation du matériau. Pour le propergol étudié, les phénomènes physiques d'endommagement se résument à de la décohésion entre les charges et la matrice.

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Longuet, Baptiste. "Etude expérimentale et numérique du comportement d’un propergol composite soumis à un échauffement lent." Orléans, 2008. http://www.theses.fr/2008ORLE2051.

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Abstract:

Cette étude porte sur la compréhension des mécanismes de dégradation de propergols (carburant solide des missiles et fusées) soumis à des échauffements lents (exposition indirecte à un incendie) et plus particulièrement les propergols composites à base de perchlorate d’ammonium et de liant polybutadiène. La première partie de notre travail a consisté en une étude de la nature de la dégradation à partir d’observations sur l’évolution de la géométrie et de la microstructure de ces propergols. Les dégradations, qui ont été quantifiées, prennent la forme de porosités intra et extra granulaires et induisent des modifications de la forme du propergol (gonflement). Une étude physico chimique a ensuite permis d’étudier les principaux constituants et leurs interactions. L’influence de différents paramètres (composition, température, atmosphère) a pu être quantifiée par des techniques d’analyse thermique et thermogravimétrique. Un dispositif de décomposition en enceinte close a été spécifiquement mis au point pour étudier l’influence du confinement. Chaque étape du mécanisme a ensuite pu être identifiée à travers une analyse des espèces mises en jeu tant en surface qu’en phase gaz. L’évolution des propriétés thermiques et mécaniques du propergol pendant l’échauffement a été suivi expérimentalement et des lois reliant ces propriétés à la composition des matériaux ont pu être établies. L’ensemble des résultats acquis a permis de construire pour la première fois un modèle hétérogène de décomposition du propergol. La deuxième partie de notre travail a consisté à implémenter notre modèle dans le code COMSOL et à vérifier son comportement pour différentes conditions aux limites pour un propergol composé de 82 % de perchlorate d’ammonium et de 18 % de liant. Ce modèle est modulaire et laisse place à l’intégration de nouvelles lois pour prendre en compte l’effet d’additifs sur la décomposition.

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Bessaha, Nadine. "Adhésion de matériaux polyuréthanes : application aux propulseurs à base de propergols solides." Mulhouse, 1995. http://www.theses.fr/1995MULH0401.

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Abstract:

Dans les moteurs de fusée, le propergol solide est lié à la structure par l'intermédiaire d'un lieur. Cette étude vise à établir les mécanismes conduisant à la formation de l'interface lieur / propergol dans le but d'optimiser l'adhésion de cet assemblage. Les deux matériaux lieur et propergol sont des polyuréthanes, contenant différentes charges, à base de polybutadiène hydroxytéléchélique (PBHT), d'isophorone diisocyanate (IPDI), et, pour le lieur seulement, d'extenseurs de chaînes (diols courts). Ces diols courts favorisent la présence de fonctions uréthane liées par interactions hydrogène, formant des noeuds de réticulation physique et assurant au polyuréthane un module élevé. Des analyses mécaniques en traction et par spectroscopie infrarouge ont permis de mettre en évidence l'existence d'une interphase dans le propergol près de l'interface. Cette interphase se distingue du coeur du propergol par un module élevé dû à la présence de fonctions uréthane liées (normalement absentes du propergol) et est attribuée à la migration d'IPDI et de diols courts du lieur vers le propergol. Suivant le PBHT présent dans la formulation du lieur, le niveau d'adhérence du lieur au propergol varie, et ceci même lorsque le lieur est initialement préparé sans diol court. Ainsi, la présence de connecteurs entre le lieur et le propergol a été proposée. Ces connecteurs proviennent de la phase soluble du lieur, laquelle contient de longues chaînes (PBHT+IPDI+diols courts) libres qui vont pouvoir diffuser du lieur vers le propergol. Enfin, la réactivité des différentes fonctions alcool (du PBHT et des diols courts) vis-à-vis des fonctions isocyanate se présente comme un facteur important du comportement adhésif des assemblages lieur/propergol. Ainsi, la méthode de mélangeage des constituants du lieur en deux étapes permet d'améliorer le niveau d'adhérence entre ces deux matériaux.

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Gallier, Stany. "Simulation numérique de suspensions frictionnelles. Application aux propergols solides." Thesis, Nice, 2014. http://www.theses.fr/2014NICE4073/document.

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Abstract:

Ce travail se consacre à la simulation numérique tridimensionnelle de suspensions denses, monodispersés, non-inertielles et non-colloïdales. Nous avons pour ce faire développé une méthode numérique basée sur une approche de type domaine fictif. Le modèle inclut également une modélisation détaillée des forces de lubrification ainsi que des forces de contact avec prise en compte des rugosités et du frottement. Un résultat majeur est le rôle important du frottement entre particules sur la rhéologie de la suspension – en particulier sur la viscosité de cisaillement et les contraintes normales – mais aussi sur la viscosité normale ou la diffusion des particules. Le frottement contribue à augmenter fortement la contrainte de contact alors que la contrainte hydrodynamique n’est quasiment pas affectée. Cette contrainte de contact s’avère être la contrainte majoritaire dans les suspensions denses. La prise en compte du frottement dans les simulations permet de se rapprocher notablement des résultats expérimentaux. Le rôle du confinement est également étudié et les parois s’avèrent conduire à une organisation locale marquée de type hexagonal ainsi qu’à un glissement. Cette organisation entraîne des effets sensibles sur les propriétés rhéologiques surtout pour la première différence de contraintes normales N1 qui peut localement devenir positive. Enfin, nous abordons l’impact d’amas percolants de particules dans la suspension. La fraction volumique de percolation se situe entre 0,3 et 0,4 avec un effet marqué de la rugosité, du frottement et de la taille du domaine
This work is devoted to three-dimensional numerical simulations of monodisperse non-inertial non-colloidal concentrated suspensions. To this end, a numerical method based on a fictitious domain technique is developed. It includes a detailed lubrication model as well as a contact model allowing for particle roughness and friction. One major result is the strong effect of friction on rheology, especially on shear viscosity and normal stresses. It also alters markedly normal viscosity or particle diffusion. Friction acts mostly through an increase in the contact stress since the hydrodynamic stress remains unaffected. This contact stress occurs to be the prevailing stress in dense suspensions. Overall, frictional results are in much better agreement with available experiments. The role of confinement is investigated as well and walls are shown to induce a strong local hexagonal ordering with a significant wall slip. This wall-induced ordering has a notable effect on rheology, especially on the first normal stress difference N1 that can be locally positive. Finally, we have studied the percolation of particle clusters across the suspension. The critical volume fraction is found to be in the range 0.3~0.4, with a significant dependence on roughness, friction, and domain size. Percolating clusters characteristics can globally be described by an isotropic percolation theory, with discrepancies regarding some critical exponents however. The role of percolating clusters on rheology is found to be very limited

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Lazimi, David. "Détermination analytique de la réponse d'un propergol solide homogène à des oscillations de pression basses et hautes fréquences." Aix-Marseille 1, 1992. http://www.theses.fr/1992AIX11022.

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Abstract:

Cette these est consacree a l'etude theorique de la reponse lineaire de combustion d'un propergol solide homogene a des oscillations de pression. La contribution majeure de ce travail est de prendre en compte les effets non stationnaires de la phase gazeuse, dans le cadre rigoureux d'une analyse asymptotique (limite des hautes energies d'activation) et ce, de maniere a sortir du domaine etroit de validite inherent a l'approximation quasi-stationnaire, pour le calcul de l'admittance acoustique du propergol solide. Nous mettons ainsi en evidence l'existence d'un fort mecanisme d'instabilite qui n'apparait qu'aux hautes frequences, s'ajoutant a celui classiquement identifie a basse frequence ou la reponse en combustion du solide est principalement controlee par le transfert thermique en phase solide, via les exposants de pression intervenant dans les lois de pyrolyse et de combustion. A haute frequence, l'analyse montre que les fluctuations de temperature induites par les fluctuations de pression introduisent un nouveau mecanisme de reponse en combustion independant des exposants de pression. Ce mecanisme est lie a la structure de la flamme gazeuse. Le modele monodimensionnel simple utilise permet d'obtenir l'admittance acoustique du propergol comme fonction de la frequence des modes acoustiques de la chambre de combustion. Le resultat de cette analyse differe considerablement de celui utilisant l'approximation quasi-stationnaire et ceci, aussi bien aux hautes qu'aux basses frequences. Une etude parametrique est menee. L'etude comparative, effectuee avec les resultats numeriques et experimentaux existant, semble confirmer la pertinence de ces travaux. Une interpretation physique simple des phenomenes est presentee. La methode generale developpee dans cette these peut etre etendue sans difficulte a des modeles plus complexes de combustion de propergols solides

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Marcilloux, Jérôme. "Contribution à l'étude de charges organiques pour matériaux composites à matrice élastomère : modification de surface de particules de polystyrène réticulées et encapsulation d'hydrocarbures polycycliques." Mulhouse, 1995. http://www.theses.fr/1995MULH0365.

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Abstract:

Le but de ce travail était d'améliorer les propriétés mécaniques et le comportement en combustion de propergols solides. L'encapsulation d'hydrocarbure de densité élevée a été étudiée afin d'obtenir des charges de haute densité énergétique. Le cahier des charges était très rigoureux, notamment en ce qui concerne les taux d'azote et d'oxygène ; mais nous avons pu obtenir des microbilles correspondant à toutes les spécifications, exception faite de l'exsudation à 60°C qui reste trop élevée. Les paramètres importants ont été isolés et un mécanisme réactionnel proposé. L'amélioration des propriétés mécaniques de la matrice a été étudiée du point de vue de la modification de surface de particules styréniques et ce, selon deux procédés. Le but était la génération en surface de fonctions hydroxyles ou carboxyles susceptibles d'interagir avec les diisocyanates réticulant la matrice élastomère. Selon le premier procédé, le dimère d'acrylate de tertiobutyle a été greffé par voie radicalaire puis les chaînes ainsi obtenues ont été hydrolysées ou transestérifiées avec de l'éthylène glycol. Le second procédé était fondé sur l'adsorption de copolymère bloc polystyrène-polyoxyde d'éthylène dont la première séquence devait assurer la compatibilité avec le coeur alors que la seconde avait pour but d'apporter les fonctions hydroxyles souhaitées. Apres comparaison des deux procédés avant et après traitement, les deux se sont avérés efficaces

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Gomont, Séverine. "Elaboration de polymères hydrocarbonés denses par polymérisation coordinative : mécanismes élémentaires et synthèse macromoléculaire." Bordeaux 1, 2001. http://www.theses.fr/2001BOR12415.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est de synthétiser des polymères hydrocarbonés de densité élevée pouvant être utilisés comme charge dense dans les propergols. La polymérisation par coordination de monomères comme les cyclo-oléfines tendues et les monomères vinyliques aromatiques répond à ces objectifs. Une première partie du manuscrit est consacrée à l'étude de la polymérisation des monomères denses par des catalyseurs a-diimine NiBr2 activés par un dérivé aluminique et à la compréhension des mécanismes élémentaires de réaction. Une deuxième partie est consacrée à l'étude de la polymérisation des mêmes monomères par d'autres complexes à base de nickel et de palladium. Il a ainsi été possible de synthétiser des polymères de densité supérieure à 1,10 et des copolymères à blocs poly(2-vinylnaphthalène)-b-polyisoprène permettant d'assurer la compatibilité de la charge dense avec les autres constituants des propergols.

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Coquillat, Marie. "Vieillissement des propergols à matrice polybutadiène : modélisation cinétique de l'oxydation." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002967.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse était l'élaboration d'un modèle cinétique permettant la prédiction de la durée de vie de propergols à matrice polybutadiène. Dans les conditions de stockage, leur vieillissement est dominé par l'oxydation radicalaire en chaîne des séquences polybutadiènes. La thermooxydation du prépolymère linéaire a d'abord été étudiée. Ceci nous a permis, outre les déterminations physico-chimiques classiques (consommation des doubles liaisons, apparition des carbonyles, hydroxyles, hydroperoxydes et époxydes), de suivre l'évolution des masses molaires par rhéométrie et de la masse par gravimétrie. L'ensemble de ces données permet de construire le schéma mécanistique et le schéma cinétique dérivé de ce dernier. Résolu numériquement, il est utilisé en méthode inverse pour identifier les constantes de vitesse élémentaires. Ensuite, des mesures de module de cisaillement par torsiométrie dynamique et de prise de masse ont été réalisés sur le réseau obtenu par réaction du diisocyanate sur le polybutadiène hydroxytéléchélique. La théorie de l'élasticité caoutchoutique permet d'établir une relation entre l'évolution du module et le nombre d'actes de coupure de chaîne et de réticulations. Les résultats de la modélisation montrent que les additions des radicaux sur les doubles liaisons sont plutôt intra qu'intermoléculaires. Malgré cela, les additions intermoléculaires restent en nombre suffisant pour que la réticulation prédomine nettement sur la coupure. Ces derniers résultats, intégrés au modèle cinétique (dans lequel le couplage réaction-diffusion est pris en compte) rendent possible la prédiction de la distribution des valeurs locales de module dans l'épaisseur de l'échantillon. A partir de cette distribution et en utilisant la mécanique des structures, on peut calculer la réponse élastique globale d'une pièce massive. Pour finir, les mécanismes de stabilisation par un phénol encombré ont été étudiés. Expérimentalement, il a été mis en évidence que le phénol était en grande partie consommé par réaction directe avec l'oxygène alors qu'en matrice polyoléfine, cette réaction n'est importante qu'aux pressions élevées (plusieurs MPa) d'oxygène pur. Ceci explique que les caoutchoucs polydiéniques nécessitent des concentrations plus élevées d'antioxydants que les polyoléfines, pour un effet stabilisant comparable voire plus faible.

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Azoug, Aurélie. "Micromécanismes et comportement macroscopique d'un élastomère fortement chargé." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00552234.

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Abstract:

Le principal objectif de la thèse est d'étudier le comportement du propergol, matériau énergétique utilisé dans la propulsion. Dans le but de modéliser de façon cohérente le comportement mécanique, il est nécessaire de comprendre les liens entre la physique du propergol (élastomère fortement chargé) et ses propriétés macroscopiques. Une analyse expérimentale et numérique multi-échelles est privilégiée dans notre étude. Un plan d'expérience est construit et conduit à la fabrication de 22 compositions, dont la microstructure est caractérisée grâce à des essais d'analyse physico-chimique. Une simulation numérique de la déformation de la microstructure permet de plus d'étudier la répartition hétérogène des contraintes dans celle-ci. Un essai de résonance magnétique nucléaire (RMN) sous contrainte est mis en place et réalisé de façon à analyser l'évolution de la mobilité des segments de chaînes de polymère lorsque le matériau est déformé. A l'échelle macroscopique, le comportement viscoélastique est caractérisé par plusieurs essais d'analyse mécanique dynamique (DMA). L'influence de la prédéformation est examinée à température ambiante puis en fonction de la température. Une forte non linéarité du comportement mesuré est observée en fonction de cette prédéformation et des micromécanismes de déformation sont mis en évidence. Enfin, l'isotropie de ces micromécanismes est analysée grâce à des essais de DMA sous prédéformations multiaxiales.

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Orlandi, Olivier. "Modélisation et simulation n umérique de la combustion d'une goutte isolée d'aluminium." Orléans, 2002. http://www.theses.fr/2002ORLE2061.

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Abstract:

L'ajout de particules d'aluminium permet une augmentation significative des performances d'un moteur à propergol solide. L'objet de cette thèse porte sur l'étude de la combustion d'une goutte d'aluminium afin de mieux appréhender les phénomènes physiques, notamment dans le cadre du propergol pour le lanceur Ariane 5. Une première phase permet de valider les outils numériques et de définir les modèles physiques qui sont utilisés dans le code d'aérodynamique MSD. On évalue ainsi un schéma réactionnel, les phénomènes de transport et l'aérodynamique autour d'une goutte. La simulation numérique met en évidence une combustion avec une flamme de diffusion dans les ambiances gaz de propergol ou air. Les temps de combustion estimés tendent à trouver une loi d2. La nature des gaz est un paramètre influent. Une goutte brûle plus vite dans l'air que dans des gaz de propergol. L'augmentation de la température a pour effet de favoriser la combustion. Une influence similaire, mais en moindre proportion, est observée pour la pression.

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Gossé, Stéphane. "Caractérisations morphologiques et radiatives des alumines issues de la combustion de propergol : application au transfert radiatif dans les jets." Orléans, 2004. http://www.theses.fr/2004ORLE2002.

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Abstract:

La signature infrarouge des jets de propulseurs est conditionnée par leurs produits de combustion. Dans le cas de moteurs à propergol solide aluminisé, de fortes quantités d'alumine sont éjectées de la tuyère sous forme de particules liquides. Leurs hautes températures, ainsi que leurs petites tailles et leurs grandes surfaces spécifiques jouent un rôle majeur sur les phénomènes de transferts radiatifs. De plus, pendant leur trajectoire à l'intérieur du panache, ces particules se solidifient. Leurs histoires thermiques vont donc conditionner leurs spécificités physico-chimiques et radiatives. L'objectif de ce travail consiste à établir l'influence des caractéristiques morphologiques et radiatives de l'alumine à haute température sur les phénomènes de transfert radiatif. Une revue des connaissances des propriétés et des indices optiques de l'alumine, ainsi que des méthodes utilisées pour les mesurer est établie. Au cours de campagnes de tirs, des produits de combustion sont prélevés et analysés. Les résultats obtenus permettent de dégager les caractéristiques morphologiques des poudres, notamment l'existence récurrente de cavités concentriques à l'intérieur des particules. Les différentes structures d'alumines ou d'AlON présentes dans les jets sont également mises en évidence. Afin de mieux appréhender les propriétés optiques, des mesures d'émissivité de l'alumine sont effectuées dans le domaine spectral 2 æm - 8 æm pour des températures comprises entre 1500 K et 2600 K sous différentes atmosphères gazeuses. Ces mesures confirment les fortes dépendances de l'émissivité à la température et à l'atmosphère gazeuse. Elles sont ensuite confrontées à des modèles d'évolution de l'indice de réfraction de l'alumine à haute température. Cette comparaison cerne les limites des modèles qui ne prennent pas en compte les effets de gaz.

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Genet, Sébastien. "Etude des mécanismes de vieillissement physique des polyréthanes : application aux Propergols solides." Mulhouse, 2004. http://www.theses.fr/2004MULH0757.

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Abstract:

L'objectif est d'étudier les mécanismes de vieillissement physique des propergols solides à base de polyuréthanes composés d'une phase souple polybutadiène et d'une phase rigide de clusters de fonctions uréthanes se relaxant au cours du temps par un phénomène de séparation de phase, ce qui altère ses propriétés de combustion. Les études RMN du solide par écho de spin et diffusion de spin donnent accès au diamètre des clusters, à la largeur de l'interphase ainsi qu'à la répartition des protons et à la dureté des deux phases et de l'interphase. Les analyses montrent une rigidification macroscopique et nanoscopique des deux phases et de l'interphase ainsi qu'une stabilité du diamètre des clusters et de la largeur de l'interphase au cours du vieillissement. Le comportement des polyuréthanes en fonction des adjuvants (dioctylazélate) met en évidence une plastification sélective de la phase souple et un effet de rigidification des deux phases en présence de charge, modélisé pour chaque cas
The aim is to study the mechanisms of the physical aging of propellants based on polyuréthanes made with a soft polybutadiene phase and a hard phase of urethane clusters. This system tends to relax during aging with a phenomenon of phase séparation that corrupts burning properties. "Spin echo" and "spin diffusion" solid state NMR investigations give access to the clusters diameter, the width of the interphase and, to the proton partition and the hardness of the two phases and of the interphase. These analyses indicate a macroscopic and a nanoscopic rigidification of the two phases and of the interphase. They show a stability of the clusters diameter and of the width of the interphase during aging. The behaviour of polyuréthanes in function of additives such as dioctylazelate plasticizer points out a sélective plasticization of the soft phase and a rigidification of the two phases in presence of charge. These behaviours are modelized for each case

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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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Cong, Weimin. "Préparation, caractérisation et stabilité thermique de différentes phases de l’hydrure d’aluminium (alane)." Poitiers, 2011. http://www.theses.fr/2011POIT2275.

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Abstract:

Hydrure d'aluminium ou d’alane AlH3 est un matériau très important comme additifs dans les propergols énergiques. Il y a au moins huit phases AlH3 trouvé dans la littérature. Mais en fait, seuls le plus stable α-AlH3 (Hf ° = -11,4 kJ mol-1) peut être un candidat pour l'utilisation potentielle. Les méthodes sûres, fiables, à faible coût et à faible toxicité de synthèse de pur α-AlH3 ont attiré de nombreuses études. Les échantillons alane est synthétisé en utilisant une méthode de synthèse organométallique en deux étapes : (i) préparation d'un complexe soluble dans alane solvate par l'éther, et (ii) l'élimination de l'éther pour obtenir l’alane non solvate. 1) 3 LiAlH4 (dans l'éther) + AlCl3 (dans l'éther) (+ LiBH4)  4 AlH3 • Et2O (solvate) + 3 LiCl (s) 2) AlH3 • Et2O (solvate) (traitement thermique / cristallisation en solution solvant)  AlH3 (s). Avec l'évolution des conditions de traitement thermique et de l'état de cristallisation, les types d'échantillons alane sont préparés. Ces échantillons sont caractérisés avec de la poudre diffraction des rayons X, la spectroscopie électronique à balayage, microsonde Raman et RMN (27Al et 1H, pour l'étude de la solution de alane solvate dans l'éther). Les performances de décomposition des échantillons sont examinées par TGA-DTA et in-situ diffraction des rayons X. Parmi ces échantillons, pur γ-phase alane et pur α-phase alane sont obtenus avec succès. La température de traitement thermique et les conditions de cristallisation dans une solution de solvant jouent un rôle très important dans la préparation pure phase γ- et α-alane respectivement. Après le traitement de stabilisation, α-phase alane sont bien stabilisées. Les échantillons sont très stables jusqu'à la décomposition principale. L'échantillon pur α-phase alane est préparé avec grande échelle (à partir de 2 g à 6 g) et est régulièrement synthétisés avec succès. Il a prouvé cette méthode de préparation est fiable et reproductible
Aluminum hydride or alane AlH3 is a very important material as energetic additives in rocket propellants. There are at least eight AlH3 phases found in the literature. But in fact only the most stable α-AlH3 (Hf° = -11. 4 kJ mol-1) can be a candidate for the potential utilization. The safe, reliable, low toxic and low cost synthesis methods of pure α-AlH3 attracted numerous studies. The alane samples are synthesized using an organometallic synthesis method in two steps : (i) preparation of a soluble alane complex solvated by ether; and (ii) removal of ether to get the non-sovated alane. 1) 3 LiAlH4 (in ether) + AlCl3 (in ether) (+ LiBH4)  4 AlH3·Et2O (solvated) + 3 LiCl(s) 2) AlH3·Et2O (solvated) (heat treatment / crystallization in solvent solution)  AlH3(s). With changing heat treatment conditions and crystallization condition, kinds of alane samples are prepared. These samples are characterized with powder X-ray diffraction, Scanning electron spectroscopy, Raman scattering microprobe and NMR (27Al and 1H, for the study of alane solvated solution in ether). The decomposition performances of the samples are investigated by TGA-DTA and In-situ X-ray diffraction. Among these samples, pure γ-phase alane and pure α-phase alane are obtained successfully. The heat treatment temperature and the crystallization conditions in solvent solution play very important roles in the pure γ and α phase alane preparation respectively. After the stabilization treatment, α-phase alane are well stabilized. The samples are very stable until the main decomposition. The pure α-phase alane sample is prepared with larger scale (from 2 g to 6 g) and is repeatedly synthesized successfully. It has proved this preparation method is reliable and reproducible

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Guichard, Donatienne. "Contribution à la caractérisation de la dégradation du polybutadiène hydroxytéléchélique et des polyutéthannes." Mulhouse, 1993. http://www.theses.fr/1993MULH0302.

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Abstract:

Le polybutadiène hydroxytéléchélique est caracterisé par sa masse moléculaire, sa fonctionnalité en groupement hydroxyle, sa microstructure et la nature des fonctions alcool réparties en extremité de chaîne et sur quelques ramifications. Les polyuréthannes sont réticulés par polyaddiction en masse entre le polybutadiène hydroxytéléchélique et le toluène , l’hexaméthylène et l'isophorone diisocyanate. Le polybutadiène hydroxytéléchélique se dégrade en trois étapes successives : une premiere étape exothermique correspondant à une isomérisation thermique cis/trans, une seconde étape exothermique caractérisée par des réactions de cyclisation/réticulation et de dépolymérisation libérant un faible pourcentage d'hydrocarbures, une dernière étape endothermique attribuée à la dépolymérisation du polymère. Le comportement thermique des polyuréthannes diffère de celui du polybutadiène par l'existence d'une étape supplémentaire endothermique caractérisée par la rupture de la liaison uréthanne et la volatilisation du diisocyanate. La pyrolyse rapide du polybutadiène hydroxytéléchélique libère du méthane et quatorze hydrocarbures insaturés. Les polyuréthannes se dégradent en donnant les mêmes composés, dans des proportions comparables. Les espèces majoritaires sont le 1,3-butadiène et le 4-vinyl, 1-cyclohexène. La cinétique de dégradation a été déterminée à partir des courbes de thermogravimétrie en appliquant la méthode analytique proposée par COATS et REDFERN. Les paramètres d'Arrhénius ont servi à établir une loi extrapolée qui décrit le régime de la régression linéaire

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Peroni, Cécile. "Caractérisation de la dégradation et de la violence de réaction d'un butargol soumis à un endommagement thermique." Orléans, 2005. http://www.theses.fr/2005ORLE2041.

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Abstract:

Le comportement des matériaux énergétiques de défense lorsqu'ils sont soumis à des agressions thermiques est une préoccupation majeure en terme de sécurité pour les matériaux classés MURAT (Munitions à Risques Atténués). Les propergols sont des matériaux énergétiques utilisés pour assurer la propulsion des munitions ou d'une fusée selon l'application. Les travaux réalisés pendant la thèse portent sur un propergol, composé d'une matrice polymérique (à base polybutadiène à terminaisons hydroxyle ou PBHT) du perchlorate d'ammonium (charge oxydante), de l'aluminium (charge réductrice) et de divers additifs. La vitesse de propagation du front de combustion est de quelques mm/s en conditions nominales d'utilisation et peut atteindre plusieurs centaines de m/s sur un matériau thermiquement dégradé. L'accélération de la propagation du front de combustion induit des réactions plus ou moins violentes en fonction du taux de sollicitation thermique et du confinement mécanique du matériau. Les travaux réalisés portent sur la compréhension du mécanisme de pyrolyse du matériau en fonction de l'endommagement thermique subit (durée et température) puis sur la caractérisation expérimentale de la réaction d'un propergol soumis à un échauffement de quelques degrés Celsius par heure ou à un endommagement thermique de plusieurs heures à une température inférieure de plusieurs dizaines de degrés à sa température d'inflammation. Les axes d'études explorés traduisent l'importance de l'endommagement physique du matériau et en particulier l'obtention d'un matériau présentant une forte porosité. La violence de réaction est sensible à la dégradation des propriétés mécaniques lors de la pyrolyse.

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Dumas, Christophe. "Effet de la géométrie sur la propagation d'une onde ultrasonore dans un milieu solide confiné." Paris 6, 1998. http://www.theses.fr/1998PA066719.

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De, francqueville Foucault. "Etude micromécanique du lien entre endommagement local et comportement macroscopique de propergols solides." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2019. http://www.theses.fr/2019IPPAX004.

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Abstract:

L'objectif de ce projet de recherche est le développement de simulations numériques de l'endommagement de propergols solides, qui sont dédiés à la propulsion anaérobique, afin d'identifier quelles propriétés affectent leur comportement. Pour étudier l'effet de la géométrie des différentes particules énergétiques, des microstructures 3D sont générées avec une dispersion aléatoire d'inclusions monomodales, sphériques ou polyédriques, à très forte fraction volumique (55%). Dans le cas des sphères, les propriétés élastiques des volumes élémentaires représentatifs (VER) sont confrontées à un modèle analytique et à des caractérisations expérimentales de composites modèles, démontrant une cohérence remarquable entre les trois approches. Par la suite, la réponse linéaire des VER contenant des polyèdres est comparée à celle des particules sphériques, démontrant un effet très limité de la géométrie des charges. L'endommagement de ces matériaux étant majoritairement dû aux décohésions matrice/particules, une loi de zone cohésive bilinéaire est implémentée avec une régularisation visqueuse et un affichage de l'état d'endommagement des interfaces. L'influence du premier ordre des paramètres de zone cohésive, tant sur le comportement global que l'endommagement local, peut alors être démontrée. Si les difficultés de convergence numérique ne permettent pas d'envisager une confrontation quantitative avec les données expérimentales, les tendances spécifiques de ces dernières sont remarquablement reproduites, que ce soit à l'échelle des particules ou du matériau. Une étude paramétrique permet de mettre en évidence l'influence des paramètres de zone cohésive sur la réponse globale. L'analyse de l'impact de la géométrie des particules sur le comportement endommagé conduit au même effet du second ordre observé précédemment. Enfin, une étude des propriétés de quasi-propergols, représentatifs des propergols les plus communs, est proposée. En suivant un processus industriel de caractérisation, leurs propriétés d’interface sont identifiées qualitativement, en s'appuyant sur les tendances suggérées par les simulations. Afin de compléter cette analyse, des caractérisations non conventionnelles sont proposées, permettant de valider sa cohérence et de fournir de nouveaux éléments d'identification des propriétés d'adhésions
The goal of this present project is the development of numerical tools for simulating damage of solid propellants, which are used for anaerobic propulsion. It should allow identifying which properties disturb their behavior. To study the effect of energetic particles shapes, 3D microstructures are generated with a random dispersion of monosized spheres or polyhedra at high volume fraction (55%). In case of spheres, the elastic properties of the representative volume elements (RVE) are confronted with an analytical model and experimental characterizations of model composites, with a remarkable coherence of the three approaches. Then, the linear behavior of REV filled with polyhedra is compared to the one in case of spheres, highlighting only a limited effect of particles shapes. Damage of those materials being mostly due to matrix/filler debounding, a bilinear cohesive zone model with a viscous regularization and posting of interfaces damage state is implemented. The first order influence of the cohesive zone parameters either on the mechanical response or on the local damage is demonstrated. If convergence troubles prevent any quantitative confrontation with experimental data, their specific trends are well reproduced at either the particles or the global scales. A parameter study highlights also the impact of each cohesive zone parameter on the global behavior. Study of the damaged behavior, depending on particles shape, leads again to a second order impact. Finally, analyses of quasi-propellants, representative of common propellants, are proposed. Following the industrial characterization process, the interfaces properties are identified qualitatively based on the trends of the simulations. This analysis is completed by non-conventional characterization techniques to validate its coherence and to offer exhaustive information on the adhesives properties

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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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Viant, Thibaut. "Caractérisation et modélisation du comportement dynamique des propergols solides et vulnérabilité des systèmes propulsés." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI045/document.

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Abstract:

La conception et la réalisation des tests de qualification des engins propulsés nécessitent une connaissance du comportement mécanique des matériaux utilisés pour leur fabrication. Dans ce cadre, une large gamme de vitesses de sollicitation est à considérer, intégrant de nombreuses situations de service des propergols solides. La connaissance de leur comportement doit permettre de prédire les risques associés à une sollicitation imprévue (conditions de transport difficiles, chute). La méthodologie usuelle consiste en la caractérisation des matériaux par un ensemble d’essais de traction uniaxiale, d’essais de DMA et d’essais de traction sous pression pour identifier les paramètres du modèle numérique (HRVM). Cependant, il a été indiqué que la méthodologie usuelle ne permettait pas la réalisation de simulations numériques satisfaisantes lorsque la vitesse de déformation est supérieure à 50 s−1. Ce travail de thèse propose des nouvelles techniques de caractérisation expérimentale permettant de compléter les résultats existants pour une gamme de vitesse de l’ordre de 100 s−1. Des essais originaux assurant des modes de sollicitations dynamiques et homogènes ont été mis au point et validés. Par exemple, un montage expérimental de traction uni-axiale rapide a été conçu pour la caractérisation d’un élastomère composite à matrice p − BHT hautement chargé de particules rigides (une distribution de CaCO3 et une autre d’aluminium). Parmi les autres essais développés, un essai de cisaillement hétérogène d’impact sur tranche a été adapté, cet essai permet d’apprécier l’état d’endommagement dans le matériau pendant et suite à l’impact. Les paramètres de comportement quantifiés dans la gamme de vitesse de déformation prospectée ont été intégrés à la bibliothèque des paramètres existante. Les premières simulations numériques intégrant ces nouveaux paramètres ont permis d’étendre l’utilisation du modèle de comportement utilisé par Ariane Group
The design and qualification tests of rocket motors require knowledge of the mechanical behavior of the materialsused to manufacture them. In this aim, a large range of strain rates have to be considered, this range integratemany solid propellant service situations. Knowledge of their behaviour should make it possible to predict the risksassociated with unexpected stress on propelled vehicles (difficult transport conditions, falls). The usual methodologyuses both numerical and experimental approaches. This methology is based on several uniaxial tesile tests, DMA andtensile tests under pressure to identify the parameters of the constitutive law (HRVM). However, it was indicatedthat the usual method did not allow satisfactory numerical predictions to be performed when the strain rate isgreater than 50 s−1. This PhD work proposes new experimental characterization techniques to complement existingresults for a range of strain rates of about 100 s−1. Original tests ensuring dynamic and homogeneous loadingshave been developed. A dynamic tensile test has been designed to characterize composites elastomers highly filled(CaCO3 and aluminum). A heterogeneous dynamic shear test of edge-on impact has been also adapted, this testmakes it possible to assess the state of damage in the material during and after the impact. The material parametersquantified with new mechanical tests have been integrated into the existing parameter library. The firsts numericalsimulations using these new parameters have made it possible to extend the practice of numerical model used byAriane Group

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Ville, Laurence. "Modélisation multiphasique et calcul d'interface dans les procédés de mise en œuvre des propergols." Phd thesis, Paris, ENMP, 2011. https://pastel.hal.science/pastel-00677696.

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Abstract:

La motivation principale de cette thèse était de pouvoir simuler numériquement les procédés de mise en œuvre des propergols, comme le mélange et le remplissage de Booster. La viscosité de ce type de fluide implique durant la phase de remplissage l'apparition d'oscillations toroïdales caractéristiques du phénomène appelé Fluid Buckling. Ce phénomène est particulièrement difficile à représenter numériquement car l'interface entre le fluide et l'air présente une surface libre dont la complexité augmente avec le temps. C'est pourquoi, c'est cet exemple qui a été choisi pour valider l'efficacité d'une méthode numerique de représentation des surfaces libres. Nous avons pour cela choisit d'implémenter dans la librairie de calcul CimLib une méthode de type Level Set. Celle-ci a pour particularité d'effectuer l'étape de convection et l'étape de réinitialisation, indispensables à ce type de résolution, simultanément. De plus, la fonction distance a été tronquée aux alentours de l'interface à l'aide d'une fonction sinus, obtenant ainsi une fonction niveau sinusoïdale auto-déterminante. La résolution est stabilisée à l'aide d'une méthode de type SUPG. L'implémentation finale de la méthode est facilitée puisque le problème est réduit à une unique équation de convection d'une fonction Level Set Locale. Après une série de tests classiques de validation de méthode de surface libre, notre méthode a donc été validée en 2 et 3 Dimensions en simulant l'apparition du Fluid Buckling. La méthode a ensuite été implémentée dans les deux logiciels de simulation et validée sur des cas tests industriels prédéfinis de remplissage et de mélange. Les défauts obtenus numériquement correspondent à ceux attendus expérimentalement. La méthode est aujourd'hui utilisée pour simuler de nombreux autres procédés et a montré sa robustesse particulièrement dans des procédés multifluides. Afin d'optimiser la visualisation des défauts d'interfaces et de diminuer les temps de calcul, on peut envisager comme suite de ces travaux de recherche l'adaptation du maillage à proximité de l'interface et du pas de temps, le tout de façon automatique
Improving the determination of the fluid/air interface evolution, we propose an adaptation of a Level Set method. Indeed, we avoid the reinitialization stage by including it in a transport equation model. Moreover a smooth truncation of the distance function by using a sinus filter is proposed. We stabilise the discretization scheme by using a SUPG method. The convected Level Set method created is easily implementable and shows good results as expected. In order to underline the advantages, we present numerical results on classical interface capturing benchmarks. Fluid Buckling is a phenomenon consisting in torroidal oscillations. This phenomenon appears when a high viscosity fluid flows vertically against a flat surface. This phenomenon may occur in industrial situations, like the injection molding of propergol in complex-shaped cavities. These coiling or folding oscillations appeared during the mold filling stage lead to air entrapment. To understand and control this flaw, we use our Convected Level Set method to simulate two-dimensional and three dimensional viscous jet buckling

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Ville, Laurence. "Modélisation multiphasique et calcul d'interface dans les procédés de mise en œuvre des propergols." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00677696.

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Abstract:

La motivation principale de cette thèse était de pouvoir simuler numériquement les procédés de mise en œuvre des propergols, comme le mélange et le remplissage de Booster. La viscosité de ce type de fluide implique durant la phase de remplissage l'apparition d'oscillations toroïdales caractéristiques du phénomène appelé Fluid Buckling. Ce phénomène est particulièrement difficile à représenter numériquement car l'interface entre le fluide et l'air présente une surface libre dont la complexité augmente avec le temps. C'est pourquoi, c'est cet exemple qui a été choisi pour valider l'efficacité d'une méthode numérique de représentation des surfaces libres. Nous avons pour cela choisit d'implémenter dans la librairie de calcul CimLib une méthode de type Level Set. Celle-ci a pour particularité d'effectuer l'étape de convection et l'étape de réinitialisation, indispensables à ce type de résolution, simultanément. De plus, la fonction distance a été tronquée aux alentours de l'interface à l'aide d'une fonction sinus, obtenant ainsi une fonction niveau sinusoïdale auto-déterminante. La résolution est stabilisée à l'aide d'une méthode de type SUPG. L'implémentation finale de la méthode est facilitée puisque le problème est réduit à une unique équation de convection d'une fonction Level Set Locale. Après une série de tests classiques de validation de méthode de surface libre, notre méthode a donc été validée en 2 et 3 Dimensions en simulant l'apparition du Fluid Buckling. La méthode a ensuite été implémentée dans les deux logiciels de simulation et validée sur des cas tests industriels prédéfinis de remplissage et de mélange. Les défauts obtenus numériquement correspondent à ceux attendus expérimentalement. La méthode est aujourd'hui utilisée pour simuler de nombreux autres procédés et a montré sa robustesse particulièrement dans des procédés multifluides. Afin d'optimiser la visualisation des défauts d'interfaces et de diminuer les temps de calcul, on peut envisager comme suite de ces travaux de recherche l'adaptation du maillage à proximité de l'interface et du pas de temps, le tout de façon automatique.

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Boulé, Philippe. "Contribution de la fractographie quantitative à l'étude de la rupture dynamique de propergols et d'explosifs composites." Metz, 1988. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1988/Boule.Philippe.SMZ881.pdf.

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Abstract:

Des essais de traction rapide (20 m/s) sont réalisés pour déterminer les propriétés mécaniques de matériaux énergertiques cristallins. Une analyse fractographique des faciès et des profils de rupture est entreprise dans le but de caractériser les mécanismes de rupture. Des moyens expérimentaux tels que l'analyseur d'images numériques vicom, Le banc macrophotographique, le microscope électronique a balayage, la camera vidéo ont été utilises. Grâce a une analyse statistique des résultats de mesure des contraintes (essais de traction dynamique) et des paramètres microstructuraux (analyse fractographique), on étudie l'influence de ces paramètres microstructuraux sur le comportement a la rupture de propergols et d'explosifs composites
Tests of Quick traction (20m/s) are achieved to determine the mechanical properties of cristal energetic materials. A fractographic analysis of the aspects and of the sections of rupture is undertaken in order to characterize the mechanisms of rupture. Experimental means such as the Vicom analyser of numerical images, the macrophotographic bench, the scanning electron microscope, the video camera have been used. Thanks to a statistical analysis of measure results of the constraints (tests of dynamical traction) and of microstructural parameters (fractal analysis), we study the influence of those microstructural parameters on the behaviour to the rupture of propergols and compound explosives

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Nevière, Robert. "De l'application des critères énergétiques globaux de la mécanique de la rupture à l'étude des explosifs et propergols solides composites." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1989. http://www.theses.fr/1989NAN10440.

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Abstract:

Une approche énergétique globale de l'amorçage de la rupture d'un milieu dissipatif est proposée pour décrire le comportement d'un explosif solide. Du fait de l'importante hétérogénéité de la structure, la dispersion expérimentale ne permet pas l'évaluation des paramètres de l'équation WLF caractéristique de l'évolution d'une propriété visco-élastique avec la température. Toutefois des valeurs indiquées dans la littérature permettent d'unifier les résultats en utilisant le principe de superposition. Finalement un intérêt particulier est porté à une analyse des différentes procédures de détermination de JC. Pour les élastomères ce paramètre représente l'énergie de déchirement et il est montré que la théorie généralisée en permet une détermination pratique. En conclusion une procédure originale de détermination de JC qui identifie clairement les effets dus à la géométrie des échantillons dans le comportement global à rupture est proposée

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Chassagne, Fabien. "Contribution à la modélisation de la combustion de blocs de propergol solide aluminisé après eclatement d'un propulseur." Poitiers, 2007. http://www.theses.fr/2007POIT2283.

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Abstract:

Présentés dans un cadre de sécurité pyrotechnique, ces travaux ont pour principal objectif de simuler les effets thermiques de la combustion de blocs de propergol solide aluminisé, dispersés après l’éclatement d’un propulseur. Un état de l’art des mécanismes mis en jeu aux niveaux micro- et macroscopiques a permis de mieux appréhender les transferts de chaleur et de masse se produisant lors de ce type de combustion. Des essais à grande échelle ont été réalisés afin d’obtenir de nouvelles données quantitatives, nécessaires au développement du modèle théorique. Une comparaison des résultats pour deux compositions de propergol, l’une hautement chargée en aluminium (20% en masse), l’autre plus faiblement (4%), a montré le rôle prépondérant que les gouttes d’aluminium puis les particules d’alumine jouent dans les transferts radiatifs vers l’environnement extérieur. Cette tendance est également obtenue par un calcul numérique, basé sur le code de simulation d’incendie FDS (Fire Dynamics Simulator), qui permet de calculer la dispersion des gouttes d’aluminium par une approche lagrangienne. La combustion des gouttes Al/Al2O3 est prédite par un modèle de type fraction de mélange, couplé à une loi d’évaporation, et leur rayonnement est calculé à partir de la théorie de Mie. Une étude de sensibilité a en outre permis de déduire un jeu de paramètres optimal pour lequel les résultats numériques sont en bon accord avec les mesures expérimentales. Dès lors, un scénario accidentel complet peut être simulé dans un bâtiment d’assemblage de grospropulseurs
The present work deals with one typical pyrotechnic safety issue. Its main objective is to predict the thermal effects induced by the combustion of aluminised solid propellant pieces which are dispersed all around a blasted rocket motor. A state of art about aluminised solid propellant combustion is made to improve our knowledge of the combustion mechanisms at micro- and macroscales. Large scale tests are set up in order to get new quantitative data for developing the numerical model. The comparison between two aluminised solid propellant compositions (4% or 20% of Al in mass) show how important the role of burning Al droplets is on heat transfer to the surroundings. This tendancy is also pointed out by numerical tests using the Fire Dynamics Simulator (FDS). This software is modified to compute the dispersion of aluminium droplets by a lagrangian approach. It also includes a mixture fraction model coupled with a vaporisation law to calculate the Al droplet combustion, and the radiation of Al/Al2O3 droplets is predicted by Mie theory. An optimized set of parameters is found and allows for getting numerical results in good agreements with the experimental ones. Finally it should be possible to simulate the whole scenario of an accidental rocket motor failure in a storage building

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Boulé, Philippe Pluvinage Guy. "Contribution de la fractographie quantitative à l'étude de la rupture dynamique de propergols et d'explosifs composites." [S.l.] : [s.n.], 1988. ftp://ftp.scd.univ-metz.fr/pub/Theses/1988/Boule.Philippe.SMZ881.pdf.

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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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Boulé, Philippe. "Contribution de la fractographie quantitative à l'étude de la rupture dynamique de propergols et d'explosifs composites." Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37612080j.

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Beaucamp, Sylvain. "Méthode de calcul des densités et des enthalpies de cristaux ioniques moléculaires." Tours, 2004. http://www.theses.fr/2004TOUR4052.

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Abstract:

La densité et l'enthalpie de formation sont nécessaires pour calculer les performances propulsives de ces sels énergétiques envisagées comme constituants des propergols. Cette étude a pour objet la mise au point de méthodes de calcul pour évaluer la densité et l'enthalpie de formation de sels de nitrates énergétiques de type X-N+ NO[3-] à partir de la formule semi-developpée du composé. La densité est calculée à l'aide de modèles basés sur l'additivité des volumes des groupes molaires qui composent ces sels de nitrates. D'une part, la méthode de contribution de groupes de Ammon-Mitchell est étendue aux composés ioniques. D'autre part, une nouvelle méthode incrémentale moins empirique est mise au point. L'enthalpie de formation des sels organiques est obtenue par différence entre l'enthalpie des ions isolés qui composent le cristal et son enthalpie de sublimation. Cette dernière dépdend de l'énergie de cohésion du cristal et d'un terme dépendant de la température. Concernant l'énergie de cohésion, deux approches sont développées : d'une part une méthode semi-empirique rapide utilisant des descripteurs calculés à partir de la géométrie des ions isolés et d'autre part, une méthode basée sur la génération explicite de cristaux virtuels par empilement moléculaires. De plus l'implémentation de contraintes de symétrie dans le code de physique du solide SCC-DFTB est réalisée. Ce code ainsi optimisé pourrait permettre de raffiner la géométrie des structures cristallines obtenues par empilement. Enfin, une dernière partie présente l'application de ces méthodes au calcul de l'enthalpie de formation de sels de nitrates
Performances of energetic materials depend on their density, their solid-state of formation and their stoechiometry. The aim of this works is the development of model to estimate the density and the solid-state of formation of energetic salts, X-N+ NO[-3], from their developed formulate. Model using additive volumes for charges groupes is developed to predict crystal densities of molecular salts. On the one hand, the group contribution method of Ammon and Mitchell is extended molecular salts. On the other hand, a less empirical contribution method is presented. Solid state-heat of formation of a molecular salts depend on the anthalpie of the isolated ions and the cohesive energy of the crystal salts. The estimate the cohesive energy two approach are developed : a semi-empirical model using descriptors computed on isolated ions and the crystal packing of virtual crystal salts of ions. Moreover, implementation of the symetry-constrained in the self consistent charges density functional tight binbing model is developped. This routine may riffine virtual salts structure obtained by packing model. The last part shows applications of previous developed models to the prediction of the solid state of formation of nitrate salts

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Chaminade, Sylvain. "Déplacement et organisation de micro-bulles dans un fluide fortement chargé simulant un propergol à l'étât pâteux : relation avec les anomalies de combustion constatées." Bordeaux 1, 2006. http://www.theses.fr/2006BOR13298.

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Lors de la phase de remplissage des boosters du lanceur Ariane 5, il s'avère qu'une quantité d'air est introduite dans le propergol pâteux sous forme de micro-bulles. Dipersées par la suite, dans le réservoir, ces inclusions semblent participer aux survitesses observées lors de la phase de combustion du propulseur. L'objectif de cette thèse est d'analyser et de comprendre les phénomènes de création et de transport de micro-bulles lors des coulées de propergol et d'émettre des hypothèses quant aux effets de celles-ci sur la combution. La première partie de ce mémoire établie le contexte de l'étude ainsi qu'un état des lieux des travaux réalisés par le passé au sein même de SME. Le deuxième chapitre présente la partie expérimentale relative aux phénomènes de création et de transpor de micro-bulles qui permet de valider le modèle numérique de transport de micro-bulles développé au laboratoire TREFLE. Afin d'avoir un outil de prédiction répondant au mieux au cas industriel traité ici (domaine de grandes dimensions, bulles de faibles volumes), un modèle de suivi lagrangien, s'appuyant sur la biblitohèque de calcul AQUILON, a été choisi pour décrire le comportement des inclusions dans les écoulements étudiés. La description de celui-ci fait l'objet du troisième chapitre. Enfin, une quatrième partie développe la phase expérimentale relative aux problèmes de combustion, cherchant à définir et quantifier l'influence de la présence des micro-bulles sur la vitesse de combution.

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Decker, Thomas. "Agglomération de l’aluminium dans les propergols solides : étude des phénomènes physiques associés par ombroscopie et simulation numérique." Electronic Thesis or Diss., Toulouse, ISAE, 2024. http://www.theses.fr/2024ESAE0016.

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Abstract:

Les moteurs à propergol solide (MPS) sont couramment employés en propulsion civile et militaire. La plupart incorpore dans leur carburant des particules d’aluminium, sujettes à divers mécanismes physiques générant des agglomérats, gouttes contenant jusqu’à plusieurs centaines de particules initiales. Or, ces gouttes d’aluminium interagissent avec le gaz produit par combustion du propergol solide. Ces interactions peuvent réduire les performances ou induire des instabilités, néfastes pour la bonne utilisation du moteur. Ces interactions dépendent au premier ordre de la taille initiale des gouttes, il est donc primordial de prédire l’agglomération des particules d’aluminium dans les MPS.Les phénomènes physiques associés à l’agglomération sont peu compris et mal maîtrisés. Les modèles de la littérature sont simplifiés et incomplets par manque de caractérisations expérimentales des mécanismes causant l’agglomération, et des phénomènes physiques la limitant.Cette thèse vise à observer ces phénomènes physiques d’agglomération par des diagnostics expérimentaux précis et à les caractériser par des outils d’analyse d’images avancés. Le but est par ailleurs d’expliciter l’influence de paramètres comme la pression ou la granulométrie sur les mécanismes et phénomènes physiques impliqués. L’objectif final est la réalisation d’un modèle capable de prédire l’agglomération avec précision. Des compositions de propergol à particules inertes sont étudiées en premier lieu, car plus simples à étudier et permettant l’analyse précise de phénomènes physiques spécifiques tels que la formation d’agrégats.Pour cela, des mesures haute cadence d’ombroscopie sont réalisées. L’agrégation des particules inertes lors de la combustion du propergol solide est visualisée en détail, et analysée par de nouveaux algorithmes performants d’analyse d’image développés pour l’occasion. Il est montré que la taille des grains oxydants du propergol solide influence au premier ordre le mécanisme de formation d’agrégats au niveau de la surface du propergol. L’analyse des agrégats formés est réalisée dans le gaz, elle montre la forte influence de la pression sur l’intensité de l’agglomération des particules inertes, avec un maximum d’agglomération à des pressions modérées de 4 à 6 bars.De façon similaire, l’agrégation des particules d’aluminium et leur coalescence en agglomérats sont observées par des mesures de visualisation haute cadence, pouvant monter jusqu’à 77 kHz. L’importance de plusieurs mécanismes physiques complexes est démontrée, tels que la coalescence de multiples agrégats/agglomérats nommée super-fusion, l’oxydation des agglomérats encore attachés à la surface, ou la prépondérance des phénomènes physiques qui limitent l’agglomération. La mesure de la taille des gouttes d’aluminium formées est réalisée par des outils d’analyse d’images précis reposant sur l’apprentissage profond, confirmant les paramètres fondamentaux déterminant l’agglomération : la granulométrie des grains oxydants du propergol et la pression.Un modèle d’agglomération est développé à partir de ces analyses expérimentales. Un premier modèle est réalisé pour les particules inertes, en modélisant les forces d’adhésion et de traînée analysées expérimentalement par ombroscopie. Les premières simulations montrent des résultats encourageants, mais la reproduction de l’agglomération observée expérimentalement est limitée, montrant la complexité des phénomènes physiques impliqués. Un second modèle est réalisé pour les particules d’aluminium, en incluant un critère d’allumage ou de super-fusion des agrégats, critères développés à partir des observations expérimentales. Il est montré que les grandeurs expérimentales sont très bien reproduites par simulation numérique pour des propergols de composition différente à plusieurs pressions, montrant la capacité du modèle à prédire correctement l’agglomération pour les propergols testés
Solid rocket motors (SRMs) are widely used in propulsion. Most contain aluminum particles, subject to various physical mechanisms leading to agglomerate formations, i.e. droplets containing up to several hundreds of single particles. The aluminum droplets interact with the gas flow from the solid propellant combustion. These interactions can reduce performance or induce instabilities that are detrimental to engine operation. Since the interactions depend directly on the droplet size, predicting aluminum agglomeration accurately is crucial.The physical phenomena associated with agglomeration are poorly understood. Models from the literature are incomplete due to a lack of experimental characterization for both the physical mechanisms causing agglomeration and the limiting phenomena.The present PhD work aims to observe the physical phenomena associated with particle agglomeration using precise experimental diagnostics and analyzing them with powerful image analysis tools. The idea is to clarify the influence of various physical parameters on the physical mechanisms and phenomena involved. The final goal is to develop an accurate agglomeration model.Propellants with inert particles are considered first, as they are simpler to study and enable precise analysis of specific physical phenomena such as aggregate formation. For this purpose, high-speed shadowgraphy measurements are carried out. Inert particle aggregation is visualized during the solid propellant combustion. It is analyzed by powerful new image analysis algorithms. The size of the oxidizing grains in the solid propellant has a first-order influence on the aggregate formation mechanism on the propellant surface. Analysis of the resulting aggregates is carried out in the gas flow, showing the strong influence of pressure on the intensity of inert particle agglomeration, with an agglomeration peak at moderate pressures of 4 to 6 bar.Similarly, the aggregation of aluminum particles and their coalescence into agglomerates is observed by high-speed visualization up to 77 kHz. The importance of complex physical mechanisms is demonstrated, such as the coalescence of multiple aggregates/agglomerates (called second mergence), the oxidation of agglomerates still attached to the burning surface, or the preponderance of various physical phenomena that limit agglomeration. The aluminum droplet size resulting from agglomeration is measured using accurate image analysis tools based on neural networks. Two fundamental parameters have an impact on agglomeration: oxidizing grains granulometry and operating pressure.An agglomeration model is developed. An initial model is produced for inert particles, by modeling the adhesion and drag forces analyzed experimentally. Numerical simulations showed encouraging results but with limited consistency of the experimentally observed agglomeration, demonstrating the physical phenomena' complexity. A second model is developed for aluminum particles, including a criterion for ignition or second mergence of aggregates (criteria developed from experimental observations). The experimental quantities are correctly reproduced by numerical simulation for aluminized propellants with different compositions at several pressures, demonstrating the model's ability to predict agglomeration accurately

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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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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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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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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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Giroud, Frédérique. "Contribution à la modélisation de la propagation des feux : approche multiphasique des feux de forêt. Développement d'un feu de propergol en milieu semi-confiné." Aix-Marseille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX11023.

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Partie 1 ce travail presente une nouvelle approche de la modelisation de la propagation d'un feu, basee sur l'interaction entre le combustible et la dynamique des gaz environnants. Le combustible est considere comme un milieu multiphasique, constitue d'une phase gazeuse et de plusieurs phases solides. Une formulation, basee sur des moyennes spatiales ponderees est developpee et conduit a l'etablissement de systemes d'equations multiphasiques, reactifs et radiatifs. On effectue des simulations numeriques monodimensionnelles d'un feu a co et contre-courant, dans un milieu heterogene compose de particules combustibles fixes. On presente ensuite un modele quasi-bidimensionnel deduit directement des equations generales et resolu pour simuler la propagation d'un feu dans des litieres de pin maritime et de pin d'alep, en fonction de la pente et de la charge du lit de combustible. Les resultats obtenus sont compares a des resultats experimentaux. Partie 2 une etude numerique d'un ecoulement de propergol induit par un feu de propergol solide en cavite est presente. La cavite possede une ouverte en plafond, obturee par un opercule qui se rompt des que la pression depasse un seuil limite. Les conditions limites particulieres qui sont la zone de combustion et la section de sortie au niveau de l'opercule sont traitees respectivement par un demi probleme et par un probleme de riemann. L'evolution dans le temps de la temperature et de la pression moyenne du gaz ainsi que de la disparition d'oxygene est examinee pour deux cas d'ouverture de l'opercule.

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Edarh-Bossou, Toyo Koffi. "Etude de la propagation d'un front de flamme dans un milieu strié." Lyon 1, 1993. http://www.theses.fr/1993LYO10195.

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Abstract:

Nous avons contribue a la modelisation et a l'etude de l'effet hump qui est une anomalie de survitesse et de surpression observee lors de la combustion de certains blocs de propergols solides dans des propulseurs. Le modele mathematique considere consiste en un systeme forme d'une equation parabolique pour la temperature et d'une equation d'hamilton-jacobi representant la propagation du front de flamme dans un milieu strie. Apres un decouplage de ces deux equations, on a pu etudier l'equation d'hamilton-jacobi comme une equation de propagation d'un front de flamme. La difficulte et la nouveaute viennent du fait que le milieu est strie et donc non homogene. En plus, les stries peuvent avoir un angle quelconque avec le front de propagation. Les resultats obtenus sont de deux ordres: dans les cas vertical et horizontal, une etude mathematique complete (existence, unicite et homogeneisation) a ete menee. Dans le cas des striations obliques, on dispose egalement d'un theoreme d'existence. Les resultats theoriques sur les solutions quasi-periodiques (ou decalees) et les calculs numeriques montrent que la vitesse moyenne du front est une fonction croissante de l'angle, ce qui est en parfaite correlation avec l'effet hump. Une etude de stabilite des schemas numeriques utilises a complete ce travail

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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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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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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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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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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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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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Airiau, Magdeleine. "Analyse d'images expérimentales par apprentissage profond pour la caractérisation de la combustion de l'aluminium en propulsion solide." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASG062.

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Abstract:

L'aluminium est ajouté à la composition du propergol solide afin d'augmenter les performances propulsives d'environ 10%, mais peut aussi entraîner des phénomènes néfastes tels que des instabilités thermo-acoustiques conduisant à des oscillations de pression. La caractérisation de l'aluminium en combustion au-dessus de la surface du propergol est donc essentielle pour étudier la stabilité d'un moteur fusée. De nombreux travaux de recherche ont été réalisés pour prédire ces instabilités par le calcul. Cependant, ces modèles numériques manquent de données d'entrées précises, telles que la taille des gouttes d'aluminium et leur vitesse initiale. Ces données sont particulièrement compliquées à obtenir expérimentalement, compte tenues des conditions de combustion (haute pression, haute température). Il y a de plus une forte sensibilité des simulations aux données d'entrée, induisant un besoin de mieux connaître les incertitudes sur les tailles et les vitesses estimées. Des essais sont réalisés depuis des années à l'ONERA en ombroscopie permettant de visualiser des échantillons de propergol en combustion montrant les gouttes d'aluminium, et cela à haute cadence. Les images obtenues sont riches en informations du fait des nombreux objets en mouvement dans l'écoulement gazeux. Étant donné la complexité de ces images, plusieurs méthodes d'analyse ont été proposées ces dernières années, et dans la thèse de M. Nugue, une approche à partir de réseaux de neurones par apprentissage profond a été utilisée pour la première fois. La présente étude porte sur le développement d'outils, notamment par deep learning, pour analyser les images expérimentales issues du montage d'ombroscopie et ainsi obtenir en grand nombre des données telles que les diamètres et les vitesses des gouttes d'aluminium. Une première partie confronte deux méthodes de l'état de l'art pour la sélection automatique d'objets dans une image : la segmentation sémantique avec le réseau U-Net et la segmentation d'instance avec le réseau Mask R-CNN. La supériorité de ce dernier est alors démontrée, avec une détection plus efficace et des résultats plus proches de la taille réelle des gouttes. Cette partie met cependant en lumière que les réseaux de neurones actuels ne prennent pas bien en compte la répartition des tailles des gouttes, un point crucial pour cette thèse. Pour obtenir un compromis efficace entre une détection de qualité et une représentation précise des distributions de diamètre, une deuxième partie introduit une méthode de stabilisation de la distribution de taille des gouttes d'aluminium détectées. Ce réseau, fonctionnant avec une fonction de perte modifiée, équilibre mieux les détections des grandes et petites gouttes dans le but d'obtenir une représentation plus juste de la population des gouttes. Une méthode de suivi des gouttes, utilisant le tracking multi-objets et un filtre de Kalman, est développée. Les trajectoires de gouttes sont ensuite rigoureusement triées, permettant d'en extraire de nombreuses trajectoires fiables (de 500 à 1500 par essai). Enfin, une dernière partie analyse les données de vitesse et de diamètre des gouttes, obtenues par la chaîne de détection et de suivi, pour des pressions de 6.8 à 26.6 bar, regroupant plus de 6000 trajectoires fiables. Les résultats montrent une faible dépendance de la vitesse initiale des gouttes à la pression, contrairement au diamètre qui est plus impacté. Une simulation numérique 1D de combustion utilisant ces données détaillées permet une estimation plus précise de la localisation du dégagement de chaleur des gouttes, par rapport à une simulation utilisant un seul diamètre caractéristique. Ce travail démontre l'efficacité de l'apprentissage profond pour l'analyse d'images expérimentales et son utilité pour l'application en propulsion solide
Aluminum is added to the composition of solid propellants to increase propulsion performance by about 10% but it can also cause adverse phenomena such as thermo-acoustic instabilities leading to pressure oscillations. Characterizing aluminum combustion above the propellant surface is essential to study rocket motor stability. Many research efforts have been made to predict these instabilities but numerical models lack precise input data, such as the size of aluminum droplets and their initial velocity. These data are particularly challenging to obtain experimentally due to combustion conditions (high pressure, high temperature). Additionally, simulations are highly sensitive to input data, underscoring the need to better understand the uncertainties in droplet sizes and velocities. For years, experiments at ONERA using shadowgraphy have enabled visualizing burning propellant samples and observing aluminum droplets at high repetition rates. The images are rich in information due to the numerous moving objects in the gas flow. Given the complexity of these images, several analysis methods have been proposed in recent years. In Mr. Nugue's thesis, a deep learning-based approach was used for the first time. The present study focuses on developing tools, to analyze experimental shadowgraphy images particularly through deep learning, and thus obtain large amounts of data, such as aluminum-droplet diameters and velocities. A first section compares two state-of-the-art methods for automatic object detection in an image: semantic segmentation with the U-Net network and instance segmentation with the Mask R-CNN network. The superiority of Mask R-CNN is demonstrated, with more effective detection and a more accurate diamter estimation. The section also highlights that current neural networks do not adequately account for droplet-size distributions, a crucial point for this thesis. To achieve an effective compromise between quality detection and accurate diameter-distribution representation, a second section introduces a method for stabilizing the size distribution of detected aluminum droplets. The network, using a modified loss function, better balances the detection of large and small droplets to provide a more accurate representation of droplet diameter. A method for tracking droplets, based on multi-object tracking and a Kalman filter, is developed. The droplet trajectories are then rigorously sorted, allowing for the extraction of numerous reliable trajectories (from 500 to 1500 for each experimental series). Finally, the last section analyzes the droplet velocity and diameter data obtained through the detection and tracking chain for pressures ranging from 6.8 to 26.6 bar, encompassing over 6000 reliable trajectories. The results show a weak dependence of the initial droplet velocity on pressure whereas diameters varies more strongly with pressure. A 1D numerical simulation of droplet combustion using these detailed data allows for a more accurate estimation of the aluminum heat release location compared to a simulation using a single characteristic diameter. This work demonstrates the effectiveness of deep learning for analyzing experimental images and its ppotential for solid-propulsion applications

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Plourde, Frédéric. "Structures turbulentes d'un écoulement segmenté à injection pariétale." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2329.

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Abstract:

La comprehension des ecoulements internes a injection parietale entraves par des segments constitue l'objectif principal de ce memoire. Les domaines d'applications, bien qu'ils puissent etre multiples, interviennent dans le cadre de la prevision des instabilites de fonctionnement des propulseurs segmentes a propergol solide. Une approche en gaz froid a partir d'une maquette de simulation, reproduisant des conditions d'instabilites aerodynamiques similaires, permet d'apprehender les aspects fondamentaux engendres soit par le transfert de masse a la paroi, soit par la presence de segment, soit par leur interaction. L'etude de l'ecoulement avec presence de cavite debitante et de segment entravant le developpement de l'ecoulement a ete entreprise. Une couche de cisaillement turbulente a ete identifiee ; la degradation longitudinale de la memoire de l'ecoulement s'identifie a celle d'une couche limite en convection forcee. En aval du segment, une phase de developpement des structures turbulentes a ete identifiee. La persistance de la memoire de la turbulence indique une phase de transport et de convection de ces structures. La paroi debitante ne detruit pas les structures turbulentes mais au contraire, joue un role d'auto-entretien de la structure fine de l'ecoulement. Une modelisation numerique de la couche de cisaillement a permis de quantifier la production de la turbulence et sa diffusion en aval du segment, et, souligne que l'injection parietale empeche et repousse la diffusion de la turbulence a proximite de la paroi debitante. Un bon accord est observe entre les resultats numeriques et experimentaux

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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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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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Toulemonde, Paul-Aymé. "Etude de la relation microstructure/propriétés mécaniques jusqu’à rupture des propergols composites : Caractérisation expérimentale et modélisation micromécanique par éléments finis." Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0038/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse vise à identifier les mécanismes par lesquels la fraction volumique de charges, la distribution de tailles des charges, le comportement mécanique du liant et les propriétés d’adhésion liant/charge des propergols composites influent sur le comportement mécanique jusqu’à rupture de ces matériaux. Des calculs de microstructures 2D par éléments finis sont mis en œuvre pour caractériser qualitativement l’évolution de la microstructure du composite au cours d’une sollicitation de traction uniaxiale à faible vitesse de déformation. Ils prennent notamment en compte un modèle de zone cohésive pour représenter la décohésion à l’interface liant/charge et un critère original de ruine de la microstructure. Les résultats numériques sont favorablement comparés aux tendances obtenues expérimentalement sur propergols composites industriels et modèles. Par ailleurs, une validation de l’approche qualitative précédente est conduite en effectuant une confrontation quantitative du comportement mécanique et de la variation volumique d’un composite modèle, obtenus par simulation de microstructures 3D et par caractérisations expérimentales. Enfin, la tenue du propergol dans un assemblage propergol/lieur soumis à un test de pelage est étudiée expérimentalement
This work aims at understanding the relationship between solid propellants particles volume fraction, particles size distribution, binder mechanical properties and binder/particles bonding with the mechanical behavior up to failure of these materials. Finite elements analyses on 2D microstructures are performed in order to qualitatively characterize the microstructure evolution throughout uniaxial tensile loading at small strain rate. These simulations account for the binder/particles debonding with a cohesive zone model and implement an original failure criterion. Simulation and experimental results are consistent. Besides, a quantitative comparison between simulations on 3D microstructures and experimental data is drawn in order to validate the above qualitative results. It is performed on a model composite and compares both the mechanical behavior and the volume variations. At last, the propellant failure during a peeling test of the liner/propellant structure is studied experimentally

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Courthéoux, Laurence. "Préparation, mise en forme et évaluation des catalyseurs destines à la petite propulsion spatiale : décomposition du nitrate d'hydroxylammonium." Poitiers, 2004. http://www.theses.fr/2004POIT2279.

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Abstract:

Le contrôle de l'orbite et de l'orientation des satellites est assuré par des petits moteurs utilisant la décomposition d'un monergol (= liquide énergétique) sur un catalyseur. Du fait de la forte toxicité de l'hydrazine, monergol actuellement utilisé, et donc des coûts supplémentaires induits, de nombreuses études portent sur son remplacement. Parmi les composés envisagés, des solutions aqueuses à base de nitrate d'hydroxylammonium (HAN, NH3OH+NO3-) associé à un élément réducteur sont très prometteuses malgré les températures très élevées (> 1400 ʿC) obtenues lors de la décomposition. C'est pourquoi, l'enjeu est de synthétiser des matériaux à la température la plus basse possible. Les catalyseurs à base de platine supporté sur de l'alumine dopée au silicium présentent une bonne activité pour cette réaction. Les alumines dopées (aérogel ou xérogel) en poudre ou sous forme de billes sont synthétisées par méthode sol-gel et sont stables à haute température (1200 ʿC, 5 h) ; les catalyseurs (Pt/Al2O3Si) sont préparés par imprégnation ou en une étape par méthode sol-gel. Les caractérisations avant et après réaction, par DRX, MET, MEB et mesure de surface spécifique, révèlent l'homogénéité des matériaux xérogels préparés par imprégnation. De plus, la décomposition d'un mélange HAN79%-eau débute dès la température ambiante sur ces matériaux, qui restent actifs dans l'eau même après 30 injections. Les produits formés lors de cette réaction sont alors analysés par spectrométrie de masse. Un modèle est également proposé pour décrire l'évolution de la phase active au cours de la réaction
The control of the attitude of the satellites is due to small thrusters using the catalytic decomposition of a monopropellant. The high toxicity of hydrazine, used as monopropellant, induces high costs and then its replacement by a less toxic product is of current interest. The most studied monopropellant for this purpose corresponds to aqueous solutions of hydroxylammonium nitrate (HAN, NH3OH+NO3-) and fuel. Nevertheless, the use of such mixtures involves drastic conditions due to the high temperature reached during the decomposition (up to 1400 ʿC). Therefore, the catalytic activity at low temperature associated with a high thermal stability of the catalyst is a critical parameter for the future development of a new engine. Platinum supported on Si-doped alumina displays a good activity for this reaction. The Si-doped, powder or shape formed, alumina (aerogel or xerogel) are obtained by sol-gel procedure and are stable at high temperature (1200 ʿC, 5 h); the Pt/Al2O3Si catalysts are prepared by impregnation or by sol-gel method. The characterization before and after reaction by XRD, TEM, SEM and BET measurements display the homogeneity of materials prepared by impregnation on xerogel support. Moreover, the decomposition of the monopropellant begins at ambient temperature for these materials, which remain active in water and during 30 injections. Furthermore, the products formed during the reaction are followed with a mass spectrometer. A model is also proposed to describe the evolution of the active phase during the reaction

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Augoula, Steve. "Conception et analyse de schémas d'ordre élevé pour l'approximation des équations de Hamilton-Jacobi du premier ordre." Bordeaux 1, 2000. http://www.theses.fr/2000BOR10599.

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Abstract:

L'expérience a montré que le processus de fabrication de certains propergols solides génère des striations qui seraient responsables d'anomalies observées au cours de la combustion. L'objet de cette thèse est de procéder à la simulation numérique du suivi de front de flamme dans des propergols composites striés et cela par des approximations d'ordre de précision élevé. Les modèles mathématiques présentés ici sont des cas particuliers de problèmes mixtes de Hamilton-Jacobi où les conditions aux limites consistent en un couplage de condition de Dirichlet et de contrainte d'état. La première partie est consacrée à la modélisation du phénomène étudié et à l'analyse mathématique des modèles obtenus. Cette dernière est effectuée dans la classe des solutions de viscosité des équations de Hamilton-Jacobi du premier ordre. La deuxième partie constitue la véritable nouveauté de la thèse en traitant de l'approximation d'équations abstraites de Hamilton-Jacobi du premier ordre par des méthodes numériques d'ordre de précision quelconque. Dans un premier temps, nous construisons un Hamiltonien numérique de type Godunov qui est spécialement adapté aux Hamiltoniens convexes/concaves. Puis, nous construisons deux Hamiltoniens de type Lax-Friedrichs pour le traitement d'Hamiltoniens plus généraux. Enfin, les deux familles de schémas sont stabilisées par de nouveaux limiteurs et appliquées à notre problème de suivi de front
The propagation of a flame front in streaked medium can be seen as a particular case of a first order Hamilton Jacobi mixed problem. It acts like a system coupling a version of the well-known eikonal equation, Dirichlet boundary conditions and a state constraint. The aim of this thesis is to develop and analyse new numerical high order schemes for the approximation of general first order Hamilton Jacobi equations. And finally to simulate, thanks to these latter methods, the evolution of solid propellant combustion. The first part characterizes and analyses the Hamilton Jacobi systems stemming from the modelisation of the phenomenon. In particular, a proof of the existence and uniqueness is given in the viscosity sense. The second part is devoted to the approximation of standard Cauchy problems related to general first order Hamilton Jacobi equations. The numerical solutions are approached by new high order methods which are stabilized by innovator filters. The new schemes are valided by several numerical experiments giving k-th order convergence rate when the piecewise polynomials of degree k function are used, measured in L¹-norm

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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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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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Nugue, Matthieu. "Outils pour l'étude conjointe par simulation et traitement d'images expérimentales de la combustion de particules d'aluminium utilisées dans les propergols solides." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS229/document.

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Abstract:

L’ajout de particules d’aluminium dans le chargement des moteurs à propergol solide améliore les performances propulsives, mais peut aussi entraîner différents phénomènes néfastes, dont des oscillations de pression. Des travaux de recherche sont réalisés depuis de nombreuses années afin d’améliorer la compréhension de ces phénomènes, notamment par l’utilisation de la simulation numérique. Cependant les données d’entrée de la simulation numérique, en particulier la taille et la vitesse initiale des particules d’aluminium dans l’écoulement, sont souvent difficiles à obtenir pour des propulseurs réels. L’ONERA développe depuis plusieurs années un montage d’ombroscopie permettant de visualiser les particules d’aluminium proches de la surface de petits échantillons en combustion. La présente étude porte sur le développement d’outils pour analyser les images expérimentales du montage d’ombroscopie et améliorer l’interaction avec la simulation numérique diphasique. Une première partie concerne des échantillons de propergol contenant des particules inertes, dont l’intérêt est de permettre de valider les méthodes de mesure sur des images relativement simple et avec des données de référence. Les outils mis en œuvre portent sur la détection et le suivi des particules dans des séquences d’image, ainsi que sur la localisation de la surface du propergol. Une bonne correspondance des distributions de taille a été obtenu avec les distributions de référence. La mise en vitesse des particules quittant la surface a été confrontée à un modèle simplifié de transport de particules dans un écoulement constant. L'utilisation de ce modèle a permis de souligner l'importance de la population de pistes détectées pour bien exploiter un profil de vitesse moyen, en particulier en termes de diamètre moyen. Une simulation numérique diphasique a ensuite été réalisée pour l’expérience d’ombroscopie. Différents paramètres ont été étudiées (type et taille de maillage, paramètres thermodynamiques...) afin d'obtenir un champ stationnaire simulé pour les gaz du propergol. Le mouvement des particules inertes simulées a pu être comparé aux profils expérimentaux pour différentes stratégies d'injection, soit en utilisant un diamètre moyen, soit à partir d’une distribution lognormale. L’autre partie de l'étude est consacrée à l’analyse des images expérimentales de la combustion de particules d’aluminium. La complexité des images dans ces conditions a conduit à utiliser une approche de segmentation sémantique par apprentissage profond, visant à classer tous les pixels de l'image en différentes classes, en particulier goutte d'aluminium et flamme d'aluminium. L’apprentissage a été mené avec une base restreinte d’images annotées en utilisant le réseau U-Net, diverses adaptations pour le traitement des images d’ombroscopie ont été étudiées. Les résultats sont comparés à une technique de référence basée sur une détection d’objets MSER. Ils montrent un net gain à l’utilisation de techniques neuronales pour la ségrégation des gouttes d'aluminium de la flamme. Cette première démonstration de l'utilisation de réseau de neurones convolutifs sur des images d'ombroscopie propergol est très prometteuse. Enfin nous traçons des perspectives côté analyse d’image expérimentales et simulation numériques pour améliorer l’utilisation conjointe de ces deux outils dans l’étude des propergols solides
The addition of aluminum particles in the solid propellant loading improves propulsive performance, but can also lead to various adverse phenomena, including pressure oscillations. Research has been carried out for many years to improve the understanding of these phenomena, particularly through the use of numerical simulation. However, the input data of the numerical simulation, especially the size and the initial velocity of the aluminum particles in the flow, are often difficult to obtain for real rocket motors. ONERA has been developing a shadowgraphy set-up for several years to visualize aluminum particles near the surface of propellant samples in combustion. The present study deals with the development of tools to analyze the experimental images of the shadowgraphy set-up and to improve the interaction with the two-phase digital simulation. A first part concerns propellant samples containing inert particles, which interest is to make it possible to validate the measurement methods on relatively simple images and with reference data. The implemented tools concern the detection and the tracking of particles in image sequences, as well as the location of the surface of the propellant. Good correspondence of size distributions was obtained with reference distributions. The velocity of particles leaving the surface has been confronted with a simplified model of particle transport in a constant flow. The use of this model has made it possible to emphasize the importance of the population of detected tracks in order to make good use of an average velocity profile, particularly in terms of average diameter. A two-phase flow simulation was then carried out for the shadowgraphy experiment. Different parameters were studied (type and size of mesh, thermodynamic parameters ...) in order to obtain a simulated stationary field for propellant flow. The movement of the simulated inert particles could be compared to the experimental profiles for different injection strategies, either using a mean diameter or using a lognormal distribution. The other part of the study is devoted to the analysis of experimental images of the combustion of aluminum particles. The complexity of the images under these conditions has led to the use of a deep learning semantic segmentation approach, aiming to classify all the pixels of the image into different classes, in particular aluminum droplet and flame. The learning was conducted with a restricted base of annotated images using the U-Net neural network, with various adaptations on the processing of the experimental images were studied. The results are compared to a reference technique based on MSER object detection. They show a clear gain in the use of neural techniques for the segregation of aluminum drops of the flame. This first demonstration of the use of convolutional neuronal network on propellant shadowgraphy images is very promising. Finally, we draw perspectives on experimental image analysis and numerical simulation to improve the joint use of these two tools in the study of solid propellants

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Dissertations / Theses on the topic 'Propergols'

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