Modélisation des phénomènes dissymétriques dans le divergent des tuyères supersoniques propulsives : application à la vectorisation de la poussée, Modelling study of dissymmetrical phenomena in the divergent of supersonic propulsion nozzles : application to the thrust vectoring

Nabegh Maarouf

Description

Sous la direction de Amer Chpoun, Mohamed Sellam
Thèse soutenue le 18 décembre 2008: Evry-Val d'Essonne
L'application de l'injection fluidique dans le divergent d’une tuyère axisymétrique supersonique pour dévier le vecteur poussée est une alternative attrayante aux systèmes classiques, puisqu’elle peut se substituer aux dispositifs mécaniques. Un tel concept de vectorisation est actuellement en cours d'application sur de récents avions de combat équipés de tuyères planes. La vectorisation fluidique peut trouver également son application dans les systèmes de contrôle d’altitude de satellites ; ce principe peut réduire le nombre de tuyères habituellement utilisées. L’un des objectifs principaux de ce travail consiste à analyser et étudier les différents phénomènes mis en jeu lors de l'injection d'un fluide secondaire dans le divergent de la tuyère. Partant de cette étude, un modèle analytique, basé sur le calcul d'un bilan complet de tous les efforts exercés sur les parois de la tuyère a été construit. Ce modèle permet de donner une estimation rapide de la déviation du vecteur-poussée. L'influence de certains paramètres sur cette déviation a été également abordée. Des calculs numériques ont été réalisés par la suite afin de valider ce modèle. Les résultats obtenus par notre modèle ont été par ailleurs comparés avec les données expérimentales disponibles dans la littérature.
-injection fluidique
Fluid injection application in the divergent of a supersonic axisymmetrical nozzle is an attractive way to produce vectored thrust since it can remove the need for complex mechanical devices. Such concept of thrust vectoring is currently applied for some recent jet-fighters with planar nozzles. However, fluidic thrust-vectoring may be interesting for satellite attitude control system; thrust-vectoring may reduce the number of nozzles usually used. One of the aims of this work is to analyse and study the numerous parameters concerned by the fluid secondary injection in the divergent nozzle. From this study, an analytical model, based on calculation of all efforts applied on the nozzle walls, is constructed. This model makes it possible to give a fast estimation of the thrust-vectoring. The effect of many parameters on the thrust vectoring was also studied. Extensive numerical calculations have been carried out thereafter to validate this model. The results obtained by our model were also compared to some existing experimental data which give a significant confidence of the model.
-fluid injection
Source: http://www.theses.fr/2008EVRY0024/document

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

THÈSE DE DOCTORAT
DE
L’UNIVERSITÉ D’ÉVRY-VAL D’ESSONNE

Spécialité : Mécanique des fluides


Présentée par
Nabegh MAAROUF

Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ D’ÉVRY-VAL D’ESSONNE


Titre de la thèse :

MODÉLISATION DES PHÉNOMÈNES DISSYMÉTRIQUES DANS
LE DIVERGENT DES TUYÈRES SUPERSONIQUES PROPULSIVES :
APPLICATION A LA VECTORISATION DE LA POUSSÉE


Directeur de thèse : A. Chpoun
Co-directeur de thèse : M. Sellam

Soutenue le 18 décembre 2008, devant le jury composé de :

P. Bauer Professeur à l’ENSMA Poitiers Rapporteur
D. Zeitoun Professeur à l’IUSTI Marseille Rapporteur
B. Chanetz Maître de recherches à l’ONERA Meudon
B. Chappey Professeur à l’Université d’Evry
A. Chpoun Professeur à l’Université d’Evry
M. Sellam Maître de conférences à l’Université d’Evry


















































Remerciements

Ce travail a été réalisé à l’Université d’Evry Val-d’Essonne, dans le Laboratoire de
Mécanique et d’Energétique d’Evry, LMEE - Groupe de Mécanique des Fluides et
Environnement.
Je remercie vivement mon directeur de thèse Monsieur le Professeur Amer CHPOUN,
directeur du groupe de Mécanique des Fluides et Environnement, qui m’a proposé ce sujet.
Je remercie également mon encadrant Monsieur Mohamed SELLAM, maître de
conférence à l’IUT de l’Université d’Evry. Je le remercie du fond du cœur de l’attention et du
soutien qu’il a porté à mon travail de doctorant.
Mes remerciements vont également à Monsieur Michel GRIGNON qui m’a
accompagné tout au long de cette thèse. Sa disponibilité et son soutien au cours de certains de
mes moments difficiles ont été d’une très grande importance, et d’un immense réconfort.
Je tiens à remercier Monsieur Pascal BAUER, Professeur à l’ENSMA de Poitiers et
Monsieur David ZEITOUN, Professeur à l’IUSTI de Marseille, qui ont accepté d’être les
rapporteurs de ce travail. Je remercie également Monsieur Bruno CHANETZ, Professeur à
l’Université de Versailles, et Monsieur le Professeur Bernard CHAPPEY, Vice-Président de
l’Université d’Evry Val-d’Essonne, d’avoir accepté d’être membre du jury.
Sans oublier tous les membres de LMEE dont leurs soutiens m’ont été précieux au
cours de mon travail, notamment :
- Monsieur le Professeur Zhi-Qianq FENG, Directeur du laboratoire.
- Tous les collègues du bureau, doctorants et enseignants.
- Monsieur Jean-Michel CROS, Maître de conférence au LMEE.

J’aimerais aussi remercier le Ministère de l’Enseignement Supérieur Syrien et
l’Université Albaath, à Homs, qui a financé cette étude en France.
De plus, mes remerciements seraient incomplets, si je ne fais pas mention de mon
épouse Nada, mon fils Sam et mes parents. Je leur adresse mes chaleureux remerciements,
toute ma reconnaissance pour le soutien que chacun d’eux a pu apporter pour faire aboutir ce
rêve.






























Table des matières

Table des matières...............................................................................................................i
Table des figures ...............................................................................................................iv
Liste des symboles............................................................................................................vii
Introduction ........................................................................................................................1
Vectorisation mécanique.....................................................................................................1
Vectorisation fluidique .......................................................................................................1
Position du problème..........................................................................................................3
Plan de l’étude....................................................................................................................4
1 Etude bibliographique de la vectorisation de la poussée .................................7
1.1 Introduction...............................................................................................................7
1.2 Définitions.................................................................................................................8
1.3 Revue bibliographique sur la vectorisation par injection dans le divergent...............10
1.3.1 Injection dans une tuyère bidimensionnelle ....................................................10
1.3.2 Injection dans une tuyère axisymétrique.........................................................17
1.4 Autres méthodes de vectorisation fluidique..............................................................24
1.4.1 Injection au col ..............................................................................................24
1.4.2 Tuyère à double col........................................................................................25
1.4.3 Vectorisation contre courant ..........................................................................25
1.5 Calcul de la poussée ................................................................................................26
1.5.1 Cas monodimensionnel..................................................................................27
1.5.2 Cas général ....................................................................................................29
2 Approche physique au phénomène de décollement de la couche limite ....31
2.1 Analyse théorique des écoulements décollés............................................................31
2.2 Décollement dans les tuyères supersoniques ............................................................33
2.2.1 Décollement libre...........................................................................................33
2.2.2 Décollement restreint .....................................................................................34
2.3 Théorie de l’interaction libre....................................................................................35
2.3.1 Théorie de l’interaction libre dans un écoulement uniforme ...........................35
2.3.2 Théorie généralisée de l’interaction libre........................................................38
2.4 Détermination de la position du décollement dans une tuyère sur-détendue .............39
2.5 Critères de décollement ...........................................................................................41
2.5.1 Critère de Summerfield..................................................................................41
2.5.2 Critère empirique de Zukoski.........................................................................41
2.5.3 Critère de Schmucker.....................................................................................42
2.5.4 Théorie de Reshotko et Trucker .....................................................................42
2.5.5 Critère de Campbell et Farley.........................................................................43
3 Modélisation de l’injection dans le divergent ....................................................45
3.1 Modélisation bidimensionnelle ................................................................................45
3.1.1 Calcul de la hauteur de l’obstacle équivalent..................................................46
3.1.2 Position du décollement .................................................................................52
i
3.1.3 Recollement derrière l’injecteur .....................................................................54
3.1.4 Calcul des efforts ...........................................................................................55
3.2 Modélisation de l’injection par une fente annulaire..................................................57
3.2.1 Modélisation de la hauteur de marche fictive .................................................58
3.2.2 Ligne de séparation et évaluation de la pression en aval .................................63
3.3 Calcul des efforts dans une tuyère axisymétrique avec injection par une fente .........68
3.3.1 Efforts sur la zone de séparation devant l’i