Dual Bell Nozzle Optimization (DBNO), Optimisation de la propulsion des moteurs fusées, contrôle de la transition de régime et vectorisation par injection fluidique secondaire dans les tuyères à double galbe – DBNO

Optimisation de la propulsion des moteurs fusés, contrôle de la transition de régime et vectorisation par injection fluidique secondaire dans les tuyères à double galbe
Pour obtenir la poussée maximale d’un moteur fusée, il faut détendre les gaz propulsifs de manière à ce que la pression du jet soit égale à la pression externe (adaptation). La pression externe évoluant en fonction de la trajectoire de l’aéronef, il faudrait donc idéalement que la forme de la tuyère d’éjection varie avec l’altitude ce qui est impossible du point de vue pratique. Les tuyères à double galbe possèdent deux profils et deux régimes de fonctionnent. On est donc adapté à deux altitudes. Le premier profil permet d’être adapté aux basses altitudes. Dans ce régime l’écoulement est collé au premier galbe et décollé du second. Le second galbe permet d’être adapté aux hautes altitudes. Dans ce régime l’écoulement est collé aux deux galbes. Le problème est que l’écoulement change de régime à trop basse altitude ce qui provoque une perte d’impulsion spécifique. Pire, cette transition de régime s’effectue de manière non axisymétrique ce qui génère de fortes charges latérales qui pourraient détruire l’aéronef.
Grâce à l’expérience acquise sur la vectorisation fluidique de la poussée par injection secondaire dans le divergent d’une tuyère à simple galbe, nous proposons une technique d’injection fluidique dans le second galbe d’une tuyère à double galbe permettant de contrôler favorablement le changement de régime d’écoulement et d’obtenir la vectorisation de la poussée. Un tel système permettra l’utilisation des tuyères à double galbe plus performante. Pour les applications civiles, l’augmentation de la poussée et la suppression des organes traditionnels de contrôle de trajectoire serait des bénéfices qui pourrait donner un avantage important au lanceur de satellite Européens en permettant de diminuer les coûts d’accès à l’espace et en permettant de développer les lanceurs réutilisables. Dans le cadre des applications militaires, cette technique permettra d’augmenter les performances des moteurs de missile ou de drone en augmentant leur masse utile, leur portée. La vectorisation fluidique de la poussée permettra une augmentation du domaine de vol en autorisant un meilleur contrôle de trajectoire grâce à des temps des réactions plus courts et à une augmentation de la manœuvrabilité.
Le projet est organisé en deux parties. La première portera sur l’étude du contrôle fluidique du changement de régime d’écoulement (altitude montante : transition, altitude descendante : retransition). La seconde partie portera sur l’étude de la vectorisation de la poussée dans les tuyères à double galbe.
Le projet sera abordé de manière expérimentale au laboratoire ICARE, qui dispose des installations expérimentales lourdes permettant l'étude des écoulements à grande vitesse. Il sera abordé par le biais de la simulation numérique au LMEE, de manière à permettre une meilleur compréhension des phénomènes liés a l'injection secondaire, dont l'étude expérimentale est difficile faute d'accessibilité. Les résultats seront confrontés aussi souvent que possible pour garantir une bonne corrélation.