Prise en compte de l'ionisation et du rayonnement dans la modélisation des écoulements de rentrée terrestre et martienne

• Auteur / Autrice : Tristan Soubrié
• Direction : David Zeitoun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Toulouse, ENSAE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert radiatif

Rayonnements

Véhicules spatiaux -- Entrée dans l'atmosphère

Aérodynamique hypersonique

Mots clés libres

Écoulement faiblement ionisé

Schéma de relaxation

Résumé

Ce travail porte sur la simulation numérique des écoulements de rentrée martienne et terrestre. Parmi les phénomènes physico-chimiques complexes mis en jeu, les points abordés concernent plus particulièrement l'ionisation du gaz dans la couche de choc et l'effet du rayonnement sur les flux thermiques pariétaux. Le traitement de l'ionisation repose sur l'approche de Coquel-Marmignon permettant d’écrire le système d’équations sous forme conservative. L'approche numérique est basée sur le schéma de Roe et elle est validée sur trois cas d'épreuve pour des vitesses allant jusqu’à 11km/s. Un schéma de relaxation, plus simple de mise en œuvre et mieux adapté, est également proposé. Le traitement du rayonnement dépend du cas d’application. Pour les applications terrestres, le modèle de propriétés radiatives est de type raie-par-raie et la méthode de résolution de l'équation de transfert radiatif est la méthode des plans tangente. Les champs hydrodynamique et radiatif sont couplés par une méthode itérative. La comparaison avec les mesures en vol de la campagne FIRE II montre que l'approche est satisfaisante, excepté lorsque l'approximation liée aux plans tangente n’est plus valable (faible rayon de nez, loin de la région d’arrêt). Au point d’arrêt, le rayonnement participe jusqu'à 40% à l'échauffement pariétal. Pour les applications martiennes, le modèle de propriétés radiatives, limité aux contributions des espèces CO et CO[indice 2] dans l'infrarouge, est de type statistique à bandes étroites et la méthode numérique de type Monte Carlo. La méthode de couplage hydrodynamique/rayonnement est similaire au cas terrestre. Les calculs, menés sur un véhicule générique typique de la mission Mars Premier, montrent qu’au niveau de l'arrière-corps, le rayonnement contribue de manière significative à l'échauffement pariétal.