Réceptivité, stabilité et sensibilité dans des tuyères non-adaptées

Receptivity, stability and sensitivity in non-adapted nozzles

• Auteur / Autrice : Thomas Bergeon
• Direction : Jean-Christophe Robinet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur spécialité Mécanique des fluides
• Date : Inscription en doctorat le 02/01/2024
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DynFluid - Laboratoire de dynamique des fluides
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Instabilités, Transition & Contrôle
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)

Mots clés

Mots clés libres

Stabilité globale

Supersonique

Méthodes adjointes

Sensibilité

Suivi de branche

Global stability

Supersonic

Associate methods

Sensitivity

Branch monitoring

Résumé

Les interactions onde de choc/couche limite à l'intérieur de tuyères sur-détendues produisent d'importants décollements fortement instationnaires et non axisymétriques (voir figure 1) entraînant des forces non-axiales appelées charges latérales. Le mécanisme à l'origine de ces phénomènes est parfois auto-entretenu, laissant suggérer un mécanisme d'instabilité globale. Dans une telle configuration, une analyse de stabilité linéaire de l'écoulement turbulent est envisageable et permet d'extraire les mécanismes sous-jacents. Dans cette thèse, différents types de tuyères seront considérés (TIC, TOC ou TIC/TOP) pour différents rapports de pression NPR (Nozzle Pressure Ratio), afin de déterminer les plages de régime oscillateur et amplificateur. Lorsque le régime est amplificateur sélectif, une analyse de réceptivité basée sur la résolvante sera menée et permettra d'analyser la réponse fréquentielle de l'écoulement ainsi que la forme et la localisation des perturbations susceptibles de se développer. Ensuite, afin de mieux spécifier les zones importantes pour la dynamique de l'écoulement, une étude de la sensibilité linéaire sera menée pour comprendre comment agir sur l'écoulement afin de contrôler les mécanismes d'instabilité mis en évidence. Ces travaux seront menés à l'aide du logiciel de simulation de mécanique des fluides elsA [1]. Ce code est développé dans le cadre d'un accord de coopération entre Safran et l'ONERA. Il traite les problèmes d'aérodynamique interne et externe pour des écoulements dont les régimes varient du subsonique à l'hypersonique sur des maillages de types structuré, non structuré et hybride. Par ailleurs, elsA interagit avec des plateformes de simulations multidisciplinaires afin d'intégrer des environnements industriels de simulation (ou chaînes de calcul). Les résultats seront sujets à des publications dans des journaux à comité de lecture et des communications à des congrès scientifiques.

Shockwave/boundary layer interactions inside over-extended nozzles produce large, highly unsteady, non-axisymmetric disbonds (see Figure 1), which generate non-axial forces known as lateral loads. The mechanism behind these phenomena is sometimes self-sustaining, suggesting a global instability mechanism. In such a configuration, a linear stability analysis of the turbulent flow is feasible and allows the underlying mechanisms to be extracted. In this thesis, different types of nozzles will be considered (TIC, TOC or TIC/TOP) for different NPR (Nozzle Pressure Ratio), in order to determine the ranges of oscillatory and amplifying regimes. When the regime is selective amplifier, a receptivity analysis based on the resolvent will be carried out and will make it possible to analyse the frequency response of the flow as well as the shape and location of the disturbances likely to develop. Then, in order to better specify the zones that are important for the flow dynamics, a linear sensitivity study will be carried out to understand how to act on the flow in order to control the instability mechanisms highlighted. This work will be carried out using the fluid mechanics simulation software elsA [1]. This code has been developed under a cooperation agreement between Safran and ONERA. It deals with internal and external aerodynamic problems for flows ranging from subsonic to hypersonic on structured, unstructured and hybrid meshes. In addition, elsA interacts with multidisciplinary simulation platforms in order to integrate industrial simulation environments (or computing chains). The results will be published in peer-reviewed journals and presented at scientific conferences.