Modélisation et simulation numérique de la combustion des propergols solides. RAHMAN Shihab e-mail : shihab.rahman@onera.fr Thèse dirigée par : Vincent GIOVANGIGLI (CMAP-Ecole Polytechnique) Encadrant ONERA : Yves FABIGNON (DEFA-PRS) Contexte industriel Qu’est-ce qu’un propergol solide ? Pourquoi étudier la combustion des propergols? Les propergols solides sont des matériaux dits énergétiques car renfermant une énergie chimique considérable qui permet de fournir de très fortes poussées en des temps réduits aux engins spatiaux, missiles tactiques et stratégiques. Ils sont généralement constitués de grains oxydants (comme le perchlorate d’ammonium-PA) incrustés dans un liant de type polybutadiène pour les propergols composites à liant inerte. La combustion des propergols peut parfois donner lieu à des instabilités de combustion destructrices résultant de couplages entre l’énergétique, l’aérodynamique interne de la chambre et l’acoustique. Les moteurs à propergol solide fonctionnent selon le principe suivant : la combustion du propergol tapissant le moteur sur toute sa longueur est amorcée par un allumeur situé en tête de moteur. La flamme se propage en surface et l’énergie thermique des gaz ainsi brûlés est convertie en énergie cinétique après détente dans la tuyère. Le but de la thèse est la modélisation et la simulation numérique de la combustion du PA, avec prise en compte d’une cinétique chimique détaillée en phase gazeuse (36 espèces, 215 réactions). On s’intéresse en particulier aux phénomènes instationnaires de type « pressure coupling ». Combustion du Perchlorate d’Ammonium : Modélisation et résultats Modélisation du PA Combustion stationnaire Profil de température gazeux avec une cinétique chimique détaillée d’interface : 3 zones distinctes : Bloc solide inerte Interface multiphasique réactive Phase gazeuse réactive La chaleur dégagée par la combustion entraîne la dégradation du PA riche en espèces chimiques réactives. On étudie deux aspects : Combustion stationnaire : grandeurs physiques constantes dans le temps Combustion instationnaire : couplage entre la pression oscillante P en phase gazeuse et le débit évaporé M en surface. On définit alors la fonction de réponse Rp = M/P. Combustion instationnaire : réponse du propergol à des perturbations de pression Propagation d’une perturbation acoustique dans le système : Carte de stabilité intrinsèque et fonction de réponse obtenues en combinant simulation numérique stationnaire et théorie de Zel’dovich-Novozhilov (ZN) : Grille numérique : Résumé de la recherche et perspectives La modélisation chimique de l’interface a été étendue afin de pouvoir considérer une cinétique chimique complexe d’interface. Par utilisation de la théorie ZN et simulations numériques stationnaires, des cartes de stabilité intrinsèque et la fonction de réponse en pression du PA été obtenue. Une modélisation instationnaire décrivant le couplage complet entre acoustique (gaz et solide) et combustion a été mise en place. Le code de calcul instationnaire créé permet de simuler divers régimes de fonctionnement moteur, et étudier la réponse en combustion associée. Il s’agit maintenant de dériver numériquement la fonction de réponse en pression et de l’implanter dans un code de calcul industriel. A terme, cela permettra de progresser … ...vers la création d'un outil numérique prédictif des instabilités de combustion ...