Aérodynamique de Planeur HYpersonique en Régime rAréfié – APHYRA

Ce projet s’inscrit dans un contexte de défense actuel. En effet, il vise à contribuer à la conception des futurs vecteurs hypersoniques que sont les planeurs hypersoniques, envisagés à long termes pour assurer différentes missions. La trajectoire de ce type de véhicule se décompose en différentes phases, en présence de différents régimes d’écoulement dont la réussite de la mission dépendra de la maîtrise de la trajectoire du véhicule. Une partie de la trajectoire qui se déroule à très haute altitude correspond au régime raréfie pour lequel les effets de gaz réels, et de raréfaction peuvent dégrader la performance du véhicule s’ils ne sont pas pris correctement en compte dans la conception du planeur. Nombreux travaux numériques sont publiés visant à étudier les performances des planeurs hypersoniques pour la totalité de la trajectoire. Néanmoins dans le régime raréfié, pour des altitudes comprises entre 100 et 60 km d’altitude, les modèles physiques utilisés ne sont que des approximations dont certains auteurs ont démontré leur inefficacité, en termes de performance. Jusqu’à ce jour, il n’existe aucune étude expérimentale portant sur l’influence de ces effets sur les performances aérodynamiques des planeurs hypersoniques. La présente proposition porte sur l’étude expérimentale des effets de raréfaction ayant lieu lors du vol à haute altitude d’un véhicule de type planeur hypersonique. L’objectif principal est de déterminer expérimentalement si les effets de raréfactions modifient significativement ou pas l’aérodynamique des planeurs hypersoniques lorsque ceux-ci évoluent à haute altitude, en atmosphère raréfiée. Cette étude sera réalisée avec la soufflerie hypersonique raréfiée MARHy de la plate-forme expérimentale FAST du laboratoire ICARE qui permet de couvrir les conditions de vol en termes de Reynolds/ Mach des trajectoires des planeurs pour des altitudes comprises entre 100 et 60 km.

Ce projet vise à déterminer expérimentalement pour des maquettes de planeurs hypersoniques et aile delta :1- les coefficients aérodynamiques (CL, CD) ; 2- les conditions de paroi (pression, température, flux) ;3- caractériser l’écoulement autour de maquettes (densité, pression). Ces mesures seront effectuées pour plusieurs conditions d’écoulement en termes de Mach (4 / 6,8 / 15,3 / 20,2) et pression (altitude, Reynolds).

Ces différentes campagnes de mesures vont permettre de couvrir une large gamme de conditions d’écoulement, ce qui présente un double intérêt :
• étudier l’aérodynamique des planeurs hypersoniques dans des situations très variées, permettant ainsi de mieux comprendre la physique des écoulements raréfiés à grand nombre de Mach autour de géométries complexes. L’influence, défavorable selon les simulations numériques, des effets de raréfaction pourra ainsi être mise en évidence et quantifiée expérimentalement ;
• proposer des corrélations empiriques permettant, à l’issue de ce projet, d’améliorer la prédiction des coefficients de portance et de traînée des planeurs hypersoniques, et des ailes delta dans une moindre mesure

L’ensemble des résultats expérimentaux constitueront une base de données expérimentale qui servira à bâtir des modèles physiques dans le régime de transition afin de valider et/ou améliorer les conditions de glissement utilisées dans les simulations CFD laminaires par confrontation des résultats. Les connaissances acquises pourront être transposables pour des applications civiles tels que la conception des véhicules hypersoniques pour l’exploration spatiale ou encore affiner la prédiction de du lieu et date de la retombée des débris spatiaux. Enfin ce projet permettra de non seulement maintenir mais en plus renforcer les compétences et l’expertise nationale dans le domaine des écoulements hypersoniques raréfiés.