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Développement d'un modèle 1,5D de chambre de combustion d'un moteur hybride pour une application système

Description

Un moteur à propulsion hybride associe les concepts technologiques des deux modes de propulsion chimique (solide et bi-liquide) afin d’en tirer les avantages. Dans la majorité des cas, le combustible est solide tandis que l’oxydant est liquide. L’oxydant est injecté dans une pré-chambre dans laquelle il se vaporise et se décompose, puis pénètre sous forme gazeuse dans la chambre de combustion. Il réagit ensuite avec les gaz issus de la pyrolyse du combustible sous la forme d’une flamme de diffusion. C’est un phénomène auto-entretenu puisque la flamme permet la dégradation du combustible qui vient alors alimenter celle-ci. Cette caractéristique constitue la grande différence avec les autres modes de propulsion chimique et la complexité de fonctionnement de ces moteurs.

L’ONERA réalise des simulations numériques de ces moteurs avec la chaîne de calcul CFD CEDRE dans des cas simplifiés qui ont été validés expérimentalement. De nouveaux modèles concernant les phénomènes diphasiques et la pyrolyse du combustible ont récemment été développés afin de réaliser des simulations numériques plus représentatives. Toutefois, ces calculs complets ne sont pas compatibles des études d’avant-projet nécessitant la réalisation d’un grand nombre de simulations. A cette fin, l’ONERA dispose de l'outil SOPHY pour la simulation d'un moteur hybride "complet" sous forme de modules 0D (réservoir, vanne, canalisation, chambre de combustion, tuyère), développé pour le compte du CNES. Des modules complémentaires sont en cours de développement pour prendre en compte la charge utile, les masses inertes, … permettant ainsi de générer un outil système capable de calculer des missions.

L'objectif de la thèse est d’améliorer l'outil SOPHY en y intégrant une modélisation plus physique de la chambre de combustion basée sur une loi d'Arrhénius pour la prise en compte de la pyrolyse du combustible couplée à une résolution intégrale des équations de Navier-Stokes de l’écoulement gazeux. Le développement sera réalisé sous contrainte de conserver des temps de calcul compatibles des études d’avant-projet. Une validation de cette modélisation 1,5D de la chambre de combustion sera réalisée sur base de comparaison avec des calculs CEDRE. Une fois intégrée dans l’outil SOPHY, les résultats de simulations complètes de l’ensemble du moteur seront confrontés aux essais au banc existants.[PL1] 


 

Profil

Grandes écoles et/ou Master 2 recherche

Formation à dominante mécanique des fluides / énergétique (combustion, acoustique)

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : ONERA DMPE
Directeur(rice) de thèse/recherche : ANTHOINE Jérôme
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : jerome.anthoine@onera.fr
Responsable Cnes de l'offre : CESCO Nathalie

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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