Caractérisations morphologiques et radiatives des alumines issues de la combustion de propergol : application au transfert radiatif dans les jets

Morphological and radiative study of alumina issued from aluminised propellant combustion : application to radiative transfer in exhaust plumes

• Auteur / Autrice : Stéphane Gossé
• Direction : Francis Millot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Orléans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propergols

Transfert radiatif

Alumine

Résumé

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.