Mesure tridimensionnelle de coefficients aérodynamiques dynamiques en soufflerie d’un projectile empenné à l'aide d'un banc d'essai libre en rotations

Three-dimensional measurement of dynamic aerodynamic coefficients in a wind tunnel of a fin-stabilized projectile thanks to a freely rotating test bench

• Auteur / Autrice : Laurène Muller
• Direction : Yannick Bailly, Jean-Claude Roy, Michel Libsig
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance le 15/11/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Cudel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Ferrand, Friedrich Leopold
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Dala, Yannick Hoarau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Projectiles

Aérodynamique supersonique

Télévision en relief

Simulation par ordinateur

Aérodynamique

Mots clés libres

Mécanique du vol

Simulation numérique

Stéréovision

Supersonique

Vol libre

Tube de Ludwieg

Flight mechanics

Numerical simulation

Stereovision

Supersonic

Free flight

Ludwieg tube

Résumé

L’attitude d’un projectile en vol est induite par les forces et moments qui agissent sur ce dernier. Les moments aérodynamiques sont décomposés en deux parties : la partie statique, dépendant de l’orientation du projectile, et la partie dynamique, liée à sa vitesse angulaire. Alors que la soufflerie est un outil performant pour mesurer les moments statiques, seul le vol libre permet de déterminer les moments dynamiques. C’est sur ce constat que le projet de cette thèse, appelé MiRo, a été initié. Il aspire à développer une méthode de mesure permettant d’obtenir les moments dynamiques en soufflerie. Celle-ci est basée sur la stéréovision et sur un banc d’essai libre en rotation placé à l’intérieur de la maquette et permettant de la maintenir dans l’écoulement. Les coefficients des moments statiques et dynamiques sont obtenus après comparaison de l’attitude de la maquette avec un modèle linéaire issu des équations de la mécanique du vol. La validation du dispositif MiRo a été réalisée sur la base du DREV-ISL, un projectile académique stabilisé par empennage. Cette tâche a été menée en deux temps. La première étape a consisté à étudier l’impact du dispositif mécanique sur la répartition des efforts aérodynamiques agissant sur la maquette grâce à des simulations URANS. La seconde étape a eu pour but de valider les coefficients aérodynamiques obtenus avec la méthode MiRo dans une soufflerie supersonique en les confrontant à des prédictions numériquement et à des mesures alternatives en soufflerie, en vol libre et dans un tube de Ludwieg.

The attitude of a projectile in flight is induced by the forces and moments acting on it. The aerodynamic moments are split into two parts: the static part, depending on the orientation of the projectile, and the dynamic part, related to its angular velocity. While the wind tunnel is a powerful static moment measurement tool, only free flight tests can be used for the determination of dynamic moments. This observation is the starting point of MiRo, the project of this PhD thesis. The goal of this project is to develop a measurement method for dynamic moment determination in wind tunnels. It is based on the stereovision technique and a freely rotating test bench placed inside in order to be hold in the flow. The static and dynamics moments coefficients are obtained after comparing the model’s attitude with a linear model based on the equations of flight mechanics flight mechanics equations. The validation of the MiRo device was performed with the DREV-ISL, a fin-stabilised academic projectile. This task was carried out in two stages. The first step consisted in studying the impact of the mechanical device on the distribution of aerodynamic forces acting on the model thanks to URANS simulations. The second step aimed to validate the aerodynamic coefficients obtained with the MiRo method in a supersonic wind tunnel by being compared to numerical predictions and alternative measurements in a wind tunnel, in free flight and in a Ludwieg tube.