Etude de l'ablation par fusion en écoulements hypersoniques

Study of the ablation by melting in hypersonic flow

• Auteur / Autrice : Flavien Denis
• Direction : Yannick Hoarau, Robert Mosé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mecanique des fluides
• Date : Soutenance le 20/06/2022
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Éric Goncalves
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robert Hruschka, Friedrich Leopold, Jean-Denis Parisse
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Éric Goncalves, Olivier Chazot, Christian Mundt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aérodynamique hypersonique

Mots clés libres

Écoulement hypersonique

Échauffement

Ablation

Tunnel à choc

CFD

Hypersonic flow

Thermal heating

Ablation

Shock tunnel

CFD

Résumé

La dernière décennie a vu l’essor de nouvelles applications dans le domaine du vol hypersonique. Ainsi l’extension du domaine de vol des véhicules hypersoniques nécessite de nouvelles études sur l’échauffement aérodynamique et sur l'ablation des matériaux. La présente étude porte sur la détermination des profils de flux thermique et d’ablation par fusion pour des matériaux métalliques en vol hypersonique en atmosphère dense. Les profils de flux thermique et d’ablation sont mesurés en soufflerie à choc. Un protocole expérimental, combinant métal ablatif à bas point de fusion et visualisation optique, permet la mesure de l’ablation dans des écoulements hypersoniques en quelques millisecondes. L’étude expérimentale met en évidence un profil caractéristique de l’ablation par fusion en écoulement turbulent. L’étude numérique présente et valide le solveur ablationFOAM dédié à la prédiction de l’échauffement et de l’ablation en écoulement hypersonique. Le rôle du développement de la couche limite turbulente dans le phénomène d’ablation est explicité. Enfin, l’utilisation de différents modèles de turbulence est également discutée.

The last decade has seen the development of new applications in the field of hypersonic flight. Thus, the flight domain extension of hypersonic vehicles requires new studies on aero-thermal heating and on the thermal ablation. The present study focuses on the determination of wall heat flux and ablation profiles for metallic materials in dense hypersonic flow. The heat flux and ablation profiles are measured in a shock tunnel. An experimental protocol, combining low melting point ablative metal and optical visualisation, allows the ablation measurement with a hypersonic impulse facility within the milliseconds. The experimental study highlights a characteristic profile for the ablation by melting in turbulent flow. The numerical study presents and validates the ablationFOAM solver dedicated to the prediction of the aero-thermal heating and of the ablation by melting in hypersonic flow. The contribution of the development of the turbulent boundary layer is described. The use of several turbulence models is also discussed.