Sur la compréhension des phénomènes de couplage fluide-structure dans les propulseurs de fusée

• Auteur / Autrice : Julie Devesvre
• Direction : Marc Medale, Jérôme Giordano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 13/12/2011
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Champaney
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Medale, Jérôme Giordano, Laurent Champaney, Adnane Boukamel, Frédéric Plourde, Yves Burtschell
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Adnane Boukamel, Frédéric Plourde

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Simulation par ordinateur

Fusées (aéronautique)

Tubes à choc

Mots clés libres

Modélisation numérique

Grandes déformations

Hyperélasticité

Interaction fluide structure

Couplage numérique

Tube à chocs

Numerical simulation

Large strain

Hyperelasticity

Fluid structure interaction

Numerical coupling

Shock waves tube

Résumé

Dans les propulseurs de fusée, des instabilités aéroacoustiques et des interactions de type fluide-structure sont à l'origine de fortes oscillations de poussées pouvant déranger la poussée du moteur mais également causer des dommages non négligeables. On trouve dans les moteurs de fusée des protections thermiques de face (PTF) coincées entre les pains de propergol. Leurs déplacements se trouvent être la principale cause des interactions fluide structure (IFS) présentes dans les booster. Dans ce contexte, nous avons développé une approche numérique visant à simuler les problèmes d'IFS. Notre méthode se base sur le couplage de deux codes dissociés : l'écoulement est simulé avec CARBUR tandis que la dynamique des structures déformables est traitée par MARCUS. Une loi de comportement hyperélastique a été implémentée dans CARBUR afin de simuler le mouvement des PTF. Une campagne expérimentale a été menée dans notre laboratoire sur le tube à chocs T80 et en guide de validation du couplage des codes, les résultats numériques et expérimentaux ont été confrontés.

In a solid rocket motor, high pressure oscillations induced by aeroacoustic instabilities and fluid structure interaction (FSI) may lead to disturb rocket thrust and cause damages. In the rocket motors, flexible inhibitors made of insulating material are initially bonded to the propellant, and FSI is mainly induced by their displacement. In this context, a numérical approach to simulate FSI problems has been developped. Our method is based on the coupling of two dissociated codes : fluid flow is computed with CARBUR, while the dynamics of deformable structures is simulated by MARCUS. A hyperelastic behaviour law has been implemented in MARCUS in order to simulate the movement of flexible inhibitors. An experimental approach has been leaded in the shock waves tubes (T80) in our laboratory and as a validation of FSI coupling codes, numerical and experimental results have been compared.