Modélisation des instabilités hydrodynamiques dans les moteurs-fusées hybrides. (Hydrodynamic instabilities modeling in hybrid rocket engines)

Les moteurs-fusees hybrides combinent les technologies des deux autres categories de moteurs a propulsion chimique, et associent un combustible et un oxydant stockes respectivement sous phase solide et liquide. Cette architecture offre un certain nombre d’avantages, comme par exemple des couts plus faibles et une architecture simplifiee par rapport a la propulsion bi-liquide; la possibilite de realiser de multiples extinctions et re-allumages et une bonne impulsion specifique theorique par rapport a la propulsion solide, et enfin une securite de mise en oeuvre accrue et un impact environnemental faible vis-a-vis de ces deux autres modes de propulsion. Comme toutes les chambres de combustion, celles des moteurs hybrides peuvent subir des oscillations de pression sous certaines conditions de fonctionnement. Ces instabilites se traduisent par des fluctuations de poussee qui peuvent degrader la structure d’un lanceur ou d’un satellite. Des phenomenes divers peuvent etre a l’origine des fluctuations de pression observees dans les moteurs hybrides. L’objectif de la these est de proposer une modelisation des instabilites d’origine hydrodynamique qui apparaissent dans les moteurs hybrides. Une exploitation nouvelle de la base de donnees disponible a l’ONERA a servi de support pour la modelisation, ainsi que des simulations numeriques instationnaires 2D et 3D realisees a l’aide du code CFD CEDRE. Les instabilites sont provoquees par la formation periodique de structures tourbillonnaires dans la chambre de combustion, qui generent des fluctuations de pression lors de leur passage dans le col de la tuyere. L’originalite du modele, base sur la theorie classique de generation tourbillonnaire dans une cavite, consiste a prendre en compte les variations geometriques de la chambre de combustion au cours des tirs. Ces variations ont un effet sur la vitesse de l’ecoulement, sur la zone de recirculation dans la post-chambre, ainsi que sur les tourbillons eux-memes. Enfin, plusieurs nouveaux essais du moteur hybride HYCOM ont ete effectues et confrontes au modele developpe dans le cadre de la these.