Étude de méthodes de prévision des interactions de jet pour les arrière-corps de lanceurs spatiaux - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2022

Study of predictive methods for jet interactions for space launcher afterbodies

Étude de méthodes de prévision des interactions de jet pour les arrière-corps de lanceurs spatiaux

Jolan Reynaud

Résumé

The interactions between a space launcher with propulsive jets and its wake generate mechanical and thermal loads that may jeopardize the success of a flight. In order to study these unsteady flows, the development of precise and affordable numerical models relies on a compromise between an accurate treatment of turbulence and the complexity of the jets physical modelling. To contribute to the improvement of launcher base flow predictions, this thesis is dedicated to the development and the evaluation of a numerical workflow enabling to perform bi-species ZDES computations on configurations representative of next generation launchers. The different tools constituting this framework, such as a hybrid scheme adapting locally the dissipation level and the bi-species versions of three modes of the ZDES, are successfully evaluated on test cases taking gradually into account the flow features driving jet interactions for space launcher afterbodies. The workflow is then used to realize the 1st RANS/LES computation on a reference multi-nozzles configuration. The advantages of this approach in comparison with RANS models are exposed in terms of the instantaneous, statistical and spectral characterization of wall pressure signals. The numerical methods developed in this thesis thus constitute new tools able to support the designing process of space launchers but also of other vehicles subject to compressible, turbulent, multi-species flows.
Les interactions entre les jets propulsifs et le sillage d’un lanceur spatial génèrent des contraintes mécaniques et thermiques pouvant compromettre la réalisation des objectifs de vol. Pour étudier ces écoulements instationnaires, la mise en place de méthodes numériques précises et abordables repose sur la recherche d’un compromis entre le niveau de résolution des échelles turbulentes et la complexité de la modélisation physique des jets. Pour contribuer à cette recherche, cette thèse est consacrée au développement et à l’évaluation d’une approche numérique permettant de réaliser des simulations ZDES bi-espèces sur des configurations représentatives des lanceurs de nouvelle génération. Les différents outils composant cette approche, dont un schéma hybride permettant une adaptation locale de la dissipation numérique et les versions bi-espèces des trois modes de la ZDES, sont évalués avec succès sur des cas d’études intégrant graduellement les phénomènes fluides pilotant les interactions de jet pour les arrière-corps de lanceurs spatiaux. L’approche est ensuite employée pour réaliser le 1er calcul RANS/LES de la littérature sur une configuration multi-tuyère de référence. Les apports d’une telle approche par rapport aux modélisations RANS pour l’évaluation quantitative des caractéristiques instantanées, statistiques et spectrales du champ de pression s’exerçant sur les parois sont exposés. Les méthodes numériques développées durant la thèse constituent ainsi des nouveaux outils permettant d’accompagner la conception des lanceurs spatiaux mais également d’autres véhicules soumis à des écoulements compressibles, turbulents et multi-espèces.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03771226 , version 1 (07-09-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03771226 , version 1

Citer

Jolan Reynaud. Étude de méthodes de prévision des interactions de jet pour les arrière-corps de lanceurs spatiaux. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Sorbonne Université, 2022. Français. ⟨NNT : 2022SORUS114⟩. ⟨tel-03771226⟩
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