Instabilités de l'écoulement interne des moteurs à propergol solide

Other literature type French OPEN
Feraille, Thierry (2004)
  • Subject: Stabilité hydrodynamique | Ecoulement diphasique | Ecoulement non parallèle | Moteur à propergol solide | Injection pariétale | 621.042

Les longs moteurs à propergol solide peuvent présenter des oscillations de poussée dues à des fluctuations de la pression dans la chambre de combustion. Une source de ces fluctuations peut être l'instabilité de l'écoulement interne (écoulement de Taylor), dont l’étude au sens classique a déjà été effectuée par J.Griffond (2001) sur l'écoulement monophasique. Elle est présentée au premier chapitre, ainsi que le problème des oscillations de poussée et une première analyse des mesures effectuées sur divers montages expérimentaux. Dans le but d’augmenter l'impulsion spécifique du moteur, le propergol contient des particules d’aluminium relachées dans l'écoulement. Afin de prendre en compte la présence de ces particules, un nouvel écoulement de base, alors diphasique, doit être recherché. C’est ce qui est fait au chapitre 2. L’étude de stabilité de cet écoulement y est aussi menée, et montre finalement une faible influence des particules sur la stabilité. Une modélisation de la combustion y est aussi donnée dans le but de fournir un modèle homogène pour une étude de stabilité, mais celle-ci n’est pas faite ici. L'approche classique de stabilité ne suffit pas à décrire toutes les observations expérimentales. Pour cela, une nouvelle approche de la stabilité est mise en œuvre dans le chapitre 3. Il s’agit d’une approche globale de la stabilité de l'écoulement qui prend en compte le caractère non-parallèle de l'écoulement de Taylor. Les résultats théoriques montrent un bon accord avec les mesures effectuées sur les maquettes et sur Ariane 5. Large solid propellant motors may exhibit thrust oscillations due to fluctuations of the pressure in the combustion chamber. A source of these fluctuations may be the instability of the internal flow (Taylor flow). A classical stability study of the single-phase flow, has been performed by J .GriPfond (2001). This study is presented in the first chapter, as Well as the thrust oscillations issue and a first analysis of the measurements on the various experimental facilities. In order to increase the specific impulse of the motor, aluminium particles are embedded in the propellant and are released in the flow. To take into account the presence of these particles, a two-phase basic flow must be determined. This is done in chapter 2. Stability study of this flow is also led, and shows a weak effect of the particles on the stability. A modelisation of the combustion is also done to providea homogeneous model for a stability study, but the latter has not been performed already. The classical approach of the stability cannot describe all the experimental observations. Then, a new stability approach is developed in chapter 3. It is a global approach of the flow stability that takes into account the non parallel nature of the Taylor flow. Theoretical results are in good agreements with measurements on sub-scale motors and on Ariane 5.
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