Etude expérimentale du couplage entre l'écoulement transsonique d arrière-corps et les charges latérales dans les tuyères propulsives

Abstract

Cette étude est consacrée à l amélioration des connaissances sur les phénomènes d instabilité aérodynamique dans la région du culot des lanceurs spatiaux. Des mesures ont été effectuées sur une maquette d arrière-corps de révolution simplifiée dans une soufflerie en veine libre. Le décollement massif au culot, associé à des instationnarités particulièrement intense en régime transsonique, constitue une source de charges latérales sur la paroi externe de la tuyère. Le rapport, l/D, entre la longueur d émergence l de la tuyère et le diamètre D du culot, est un paramètre essentiel déterminant la structure de l écoulement d arrière-corps et notamment la possibilité pour l écoulement de recoller sur le divergent de la tuyère. Pour une émergence assez courte ( l/D<1), le phénomène dominant caractérisé par un nombre de Strouhal proche de 0.2 est associé à un mode antisymétrique. On discute l influence de l/D, du nombre de mach, et du taux de détente sur les distributions de pression pariétale sur les parois externe et interne de la tuyère. Des mesures directes des charges latérales ont été réalisées sur deux tuyères aux profils comparables dites TIC et Dual-Bell à l/D=0.65 au moyen d une balance à jauges spécialement conçue. Les efforts latéraux d origine aérodynamique sont obtenus après correction des effets d inertie. Les charges latérales ont été mesurés dans le cas de l écoulement externe seul, dans le cas de l écoulement dans la tuyère seul et pour la combinaison de ces deux écoulements à fin de déterminer les principales contributions et les couplages possibles.This study is dedicated to the improvement of knowledge of the aerodynamic instabilities in the base region of space launchers. Measurements have been carried out on a simplified axisymmetric afterbody model in an open section wind tunnel. The massive base flow separation, associated with the strong unsteadiness in the transonic flow regime, is a source of side loads on the external wall of the nozzle. The ratio l/D_, between the emergent length l of the nozzle and the diameter D of the base, is the main parameter determining the structure of the afterbody flow and especially the possibility for the flow to reattach on the external nozzle wall. For a short emergent length (l/D<1) the dominant phenomena characterised by a Strouhal number about 0.2 is associated with an antisymmetrical mode. We discuss the influence of the ratio l/D_, the Mach number and the nozzle pressure ratio on the wall pressure distribution on the external and internal walls of the nozzle. Direct measurements of side loads are performed on two nozzles with comparable contours called TIC and Dual-Bell at l/D=0.65 by means of a specially designed strain-gage balance. Aerodynamic forces are obtained after correction of the inertia effects. The side loads are measured in the case of the base flow alone, the case of the nozzle flow alone and finally for the combination of these two flows in order to determine the main contribution and the possible interactions.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF