Contrôle d'écoulement dans les tuyères à double galbe : optimisation du changement de régime par l'injection radiale de fluide secondaire

Flow control in dual-bell nozzles : optimisation of operating mode transition using radial secondary fluidic injection

• Auteur / Autrice : Brian Legros
• Direction : Azeddine Kourta, Luc Léger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 16/04/2024
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...) - Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Sochet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simon Blanchard, Mohamed Sellam
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdellah Hadjadj, Jean-Christophe Robinet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gaz -- Écoulement

Simulation par ordinateur

Analyse par injection en écoulement

Ondes de choc

Aérodynamique supersonique

Moteurs-fusées

Tuyères

Mots clés libres

Contrôle actif d'écoulement

Tuyère à double galbe

Active flow control

Dual-Bell nozzle

Résumé

Le contrôle du changement de régime dans une tuyère à double galbe est étudié par le biais d'une injection fluidique annulaire radiale positionnée en aval du point d'inflexion, dans le profil d'extension de la tuyère. L'objectif de cette étude est d'améliorer les performances de la tuyère et montrer qu'elle peut être une alternative aux tuyères conventionnelles peu efficientes. L'étude s'appuie sur une approche expérimentale et numérique. Elle comprend une étude paramétrique portant sur l'impact de la présence d'une fente d'injection, la position de cette injection dans l'extension de la tuyère, et l'utilisation d'un gaz secondaire aux propriétés différentes de l'air. L'analyse des résultats révèle la sensibilité de la tuyère à l'état de surface du divergent, où la présence d'une discontinuité modifie le taux de détente (NPR) de changement de régime et diminue les charges latérales. L'injection secondaire démontre la capacité à augmenter significativement les NPR de changement de régime tout en réduisant les charges latérales. L'étude de la position de l'injection confirme le potentiel d'optimisation de la tuyère à double galbe pour améliorer ses performances. Les essais avec un gaz secondaire différent montrent des améliorations plus significatives qu'avec de l'air, levant ainsi les verrous scientifiques associés à cette technologie.

The control of the operating mode switch in a dual-bell nozzle is studied through radial annular secondary fluidic injection positioned downstream of the inflexion point in the nozzle's extension profile. The objective of this study is to enhance the performance of the nozzle and demonstrate its potential as an alternative to conventional nozzles with sub-optimal efficiency. The study employs experimental and numerical approaches, including a parametric investigation into the impact of the presence of an injection slot, the position of the injection in the nozzle's extension, and the use of a secondary gas with properties different from air. Analysis of the results reveals the nozzle's sensitivity to the surface condition of the divergent, where the presence of a discontinuity alters the nozzle pressure ratio (NPR) at which the switch in operating mode occurs and reduces lateral loads. Secondary injection demonstrates the ability to significantly increase the NPR at which these changes in operating modes occur while reducing lateral loads.The study of the injection position confirms the optimisation potential of the dual-bell nozzle to enhance its performance. Experiments with a different secondary gas show more significant improvements than with air, thereby overcoming scientific challenges associated with this technology.