Développement d’un modèle numérique d’IFS dans le cadre d’écoulements à

grande vitesse

Y. Burtschell, M. Medale, L. Meister & J. Giordano

Université de Provence, POLYTECH Marseille

Laboratoire IUSTI UMR CNRS 6595

GDR IFS Sophia-Antipolis 26-27 Septembre 2005

Interaction fluide/structure : objectifs & approche

Développer et valider un modèle numérique d’interaction fluide/structure pour des écoulements hyper-enthalpiques :– Tuyères de moteur fusée– Engins spatiaux– Réacteur (Scramjet)

Déformations, Perturbations de l’écoulement, Résonances…

Approche basée sur le couplage de codes autonomes et dédiés :– MARCUS (structure, Marc Medale)– CARBUR (fluide, Yves Burtschell).

2001. Réalisation d’un premier couplage CARBUR/MARCUS

2002. Validation sur un problème de flutter

(article REEF : vol 13-n°8, 2004, pp 811-830)

2003-2004. Conception d’un cas test IFS instationnaire(article Shock Waves: vol 14-n°1-2, june 2005, pp 103-110)

Application : amorçage de la tuyère MASCOTTE (ONERA)

2005. Etude du cri d’un nouveau né : influences des vibrations du Larynx (collaboration R. Nicollas)

Chronologie :

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Elaboration d’un cas de référence (2003-2004)

Pourquoi ?– Pas de cas test transitoire/instationnaire– Pas de cas test fluide visqueux– Pas ou peu d’étude expérimentale disponible

Or la validation de notre modèle est primordiale dans ces cas précis : – Amorçage d’une tuyère– Rentrée atmosphérique…

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Elaboration d’un cas de référence

Comment ?– Une géométrie simple, 2D– Un écoulement compressible– Une plaque plane : solution analytique

(HPP, modes propres linéaires)

– Déplacements importants et rapides

Moyens expérimentaux disponibles : – Tubes à choc : Georges Jourdan, Lazhar Houas IUSTI Marseille

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Quelle solution géométrique ?

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Solution non retenue

Entrée

Parois

Parois

Par

ois

Structure déformable

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Conditions d’entrée : P = 1,54 bar, U = 110 m/s et T = 332 K, air

Domaine initial : P = 1 bar, U = 0 m/s et T = 300 K, air

Structure : Acier Inox

Solution retenue

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Solution retenue : Schlieren

Entrée

Parois

Parois

Par

ois Structure déformable

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Comparaison simulation/expérience

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Comparaison simulation/expérience

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Comparaison simulation/expérience

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Comparaison simulation/expérience

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Comparaison simulation/expérience

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Evolution de la flèche Evolution de la pression

Comparaison quantitative plaque 40 mm

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Injecteurs,

Activateur de mélange

Oscillations

de poussée

Problématique réelle ?

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• Outil numérique d’IFS : – Validé sur un problème de flutter

– Validé pour aborder des problèmes d’IFS instationnaires

– Applicable à des écoulements réactifs à grande vitesse

• Apport d’un cas de référence utile aux développements de codes IFS – Code Rocstar, CSAR Illinois

Synthèse & Perspectives

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• Optimisation informatique du couplage : – Utilisation de PALM (CERFACS, S. Buis, T. Morel)

• Extension du code CARBUR aux écoulements 3D

Perspectives

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Stratégie de couplage MARCUS/CARBUR

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Solution retenue : comparaison

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Déformations parasites du support de la plaque : diminution des efforts diminution de la surface

Evolution de la flèche Evolution de la pression

Comparaison quantitative plaque 50 mm