Les projets du DAEP

Découvrez les projets menés au sein du département aérodynamique et propulsion !

Projet HTT-Analyse-Aero

L’ISAE-SUPAERO, l’IMFT, le CRITT et HTT France S.A.S collaborent dans le cadre du projet HTT-Analyse-Aero cofinancé par la Région Occitanie (via le Fonds Européen de Développement Régional – FEDER).

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Ce projet vise la compréhension des écoulements générés autour d’une capsule profilée de type ogive à rapport d’allongement modéré dans son contexte opérationnel (déplacement à très haute vitesse dans un tube maintenu sous vide poussé). En particulier, on s’intéresse ici aux aspects fondamentaux, étudiés par voie de simulation numérique haute-fidélité et sur banc d’essais, qui régissent l’organisation de l’écoulement autour et dans le sillage proche de la capsule, et leur impact sur la dynamique de la capsule en déplacement dans le tube. L’objectif à terme est de proposer des solutions de contrôle dynamique aptes à garantir la stabilité de la capsule en mouvement.
D’un point de vue scientifique, les enjeux de cette étude portent sur l’analyse d’écoulements compressibles à nombres de Reynolds faibles à modérés, confinés ou non, typiques des environnements basse pression, peu documentés à ce jour.

Projet HTT-Analyse-Aero du DAEP

Nous avons donc mis en œuvre, réalisé et exploité des simulations numériques haute-fidélité de type DNS (simulations numériques directes) :

1) pour différentes configurations de capsule, depuis une forme canonique vers une géométrie représentative de la capsule opérationnelle,

2) se déplaçant dans un tube dont le diamètre a fait l’objet d’une étude paramétrique. L’ogive a donc été soumise à un écoulement plus ou moins confiné. 4 niveaux de confinement, défini comme le ratio du diamètre de l’ogive sur le diamètre du tube ont été étudiés, depuis un environnement non confiné (diamètre du tube très grand devant celui de la capsule) jusqu’à un confinement fort, à rapport de diamètres 0.8,

3) pour différentes vitesses d’avancement de la capsule dans le tube, jusqu’à des régimes d’écoulement compressibles supersoniques.

Nous avons également développé et exploité un banc d’essais reproduisant les régimes d’écoulement à vitesse basse à modérée incompressible, en environnement confiné dans un tube de diamètre paramétrable. Des mesures de vitesse par fil chaud et mesures optiques complexes de type vélocimétrie par images de particules tri-composantes par plan et dans le volume (PIV-3C-2D et PIV-3C-3D, aussi appelée PIV holographique) ont été réalisées durant ces essais pour fournir les bases de données aptes à décrypter ces écoulements complexes et peu documentés dans la littérature.

Projet HTT-Analyse-Aero du DAEP

Pour parfaire cette analyse, des outils de post-traitement ad hoc basés, entre autres, sur la décomposition modale dynamique (DMD), sont déployés sur l’ensemble de nos bases de données.

Cette étude met en évidence des régimes d’écoulement variés selon la configuration testée, avec des transitions brutales d’un régime à un autre. Sur cette base, on a ainsi développé un modèle simplifié des efforts aérodynamiques s’exerçant sur la capsule pour les régimes d’écoulement correspondant aux instants précoces de mise en mouvement de la capsule.
L’étude révèle également certains modes d’instabilités propres à des écoulements de type jet annulaire confiné pour les configurations d’écoulements les plus confinées, c’est-à-dire pour les configurations dans lesquelles la capsule se déplace dans un tube de diamètre restreint à vitesse faible à modérée. Ces régimes instables se traduisent par des efforts aérodynamiques sur la capsule de nature fortement instationnaire. Toutefois, leurs amplitudes de variation restent faibles devant l’inertie de la capsule, avantagée par sa masse.

Projet HTT-Analyse-Aero du DAEP

Elle met aussi en évidence l’impossibilité d’un écoulement établi pour des régimes compressibles en environnement confiné. La limite maximale atteignable par la capsule en régime établi et stabilisé est de M = 0.5, bien inférieure à la valeur largement diffusée dans les médias il y a quelques années de cela, pour un contexte applicatif utopique lié au transport de passagers ou de fret. Ces résultats confirment la limite physique de Kantrowitz.

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