Modélisation et contrôle expérimental des efforts aérodynamiques instationnaires en tuyères sur-détendues – MOCODYN

La maîtrise des efforts aérodynamiques instationnaires est cruciale pour l’industrie aérospatiale et la défense car elle permettrait d’améliorer les performances, la sécurité et la fiabilité des systèmes aérodynamiques. Cela peut se faire, dès la conception, en optimisant le système, ce qui aura pour effet d’améliorer la fiabilité pour les missions critiques ainsi que les performances générales de l’appareil. En effet, une modélisation réduite fine des efforts instationnaires de pression s’avèrerait précieuse en phase de conception pour aider à définir les cas de charges, lors du dimensionnement des structures en fatigue notamment. Ce projet s’inscrit donc dans la poursuite des efforts pour mieux comprendre, prédire et donc réduire les efforts aérodynamiques indésirables, par contrôle actif et par conception optimisée.

Dans le cas précis des tuyères de lanceurs ou de missiles, c’est au démarrage et lors de fonctionnement non-adapté que ces cas de charges sont les plus problématiques. Les décollements internes peuvent générer des effort instationnaires non-désirables orthogonaux à la poussée qui sont dommageables pour l’intégrité structurelle du moteur mais aussi possiblement pour la réussite de la mission. On notera toutefois que, si l’application choisie est celle de la tuyère de par l’adéquation du problème avec le savoir-faire de l’équipe et les installations expérimentales, la portée du projet est bien plus large car la méthodologie développée n’est pas limitée à ces seuls écoulements.

Ainsi, le projet proposé vise à une modélisation réduite fine des efforts instationnaires depression en s’appuyant sur une analyse résolvante de la dynamique de l’écoulement. En effet, ce formalisme permet théoriquement d’obtenir directement le spectre de Fourier des efforts en paroi en partant d’un simple champ moyen de l’écoulement. Le modèle ainsi obtenu est suffisamment peu coûteux pour être intégré à une boucle d’optimisation innovante. Nous proposons donc de l’exploiter pour obtenir une forme optimisée de tuyère, sous une double contrainte de maximisation de poussée et minimisation d’efforts instationnaires. De plus, nous proposons de nousappuyer sur les résultats de l’analyse résolvante pour concevoir une stratégie de contrôle fluidique de ces efforts indésirables. En effet, cette analyse nous informera sur la manière optimale d’agir sur l’écoulement mais également sur la localisation optimale de l’actionneur dans l’écoulement. Nous exploiterons ces informations pour la conception d’actionneurs plasma dédiés et leur intégration sur une maquette de tuyère. Nous testerons au laboratoire la maquette optimisée ainsi que son homologue contrôlée.

Ce projet s’inscrit donc pleinement dans l’axe thématique 4 (Fluides, Structures) et le sous-thème 1 (écoulements fluides) de l’appel à projet ANR-ASTRID 2023. Parmi les priorités af-fichées de ce thème, il participe à celles sur la maîtrise des fluides complexes et vise plus spé-cifiquement l’amélioration des "Performances aérodynamiques et méthodes d’optimisation deconception de nouvelles architectures" ainsi que la thématique du "Contrôle des écoulements :approches théoriques et de simulation du contrôle, développement de technologies d’actionneurs.