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

Secondary injection fluidic thrust vectoring of an axisymmetric supersonic nozzle

• Auteur / Autrice : Vladeta Zmijanovic
• Direction : Amer Chpoun, Iskender Gökalp
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Aérothermodynamique
• Date : Soutenance le 16/04/2013
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (2012-.... ; Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : David Zeitoun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Amer Chpoun, Iskender Gökalp, David Zeitoun, Pascal Bauer, Konstantinos Kontis, Luc Leger, Sandrine Palerm, Mohamed Sellam
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Zeitoun, Pascal Bauer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décollement des écoulements

Écoulement croisé

Tuyères supersoniques

Mots clés libres

Tuyère propulsive

Vectorisation de la poussée

Ecoulement transversal supersonique

Interaction de choc

Décollement

Force latérale aérodynamique

Rocket nozzle

Thrust vectoring

Supersonic cross-flows

Shock interaction

Flow separation

Side loads

Résumé

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

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