écoulement de Culot HYPersonique – CHYP

Ce projet concerne les écoulements de culot en régime hypersonique, tels que ceux observés sur des corps de rentrée civils et militaires. La connaissance de la traînée moyenne de ces objets ainsi que des charges instationnaires générées par les fluctuations de l'écoulement constitue l’un des éléments critiques de la conception de ces engins. Ces quantités sont difficiles à prévoir en raison de la complexité de l’écoulement qui mêle couches de cisaillement, chocs, zones subsoniques et supersoniques, zone de recirculation. Les méthodes de prévision existantes sont basées de surcroît sur la recherche de solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes (complétées d'un modèle de turbulence). Ces méthodes ne prennent donc pas en compte les nombreuses et fortes instationnarités de grande échelle dont le culot est le siège, ce qui explique leur manque de précision et de robustesse.

Ce projet vise à valider des nouvelles méthodes de prévision (des calculs instationnaires ZDES et des analyses de stabilité fréquentielles) qui reproduisent précisément les niveaux de fluctuations de l'écoulement. Pour cela, des banques de données expérimentales à M=4 seront produites sur une large gamme de nombres de Reynolds (en régime raréfié laminaire et en régime turbulent). Des mesures de pression statique moyenne et instationnaire au niveau du culot seront en particulier confrontées à des mesures de champ de la masse volumique. Ces résultats expérimentaux seront comparés aux résultats des nouvelles techniques de prévision mentionnées ci-dessus, dont certains termes auront été calibrés par confrontation à l'expérience. Enfin, des modélisations semi-empiriques pour la prévision de la traînée moyenne seront étendues à ce haut nombre de Mach et des modèles réduits stochastiques reproduisant la dynamique instationnaire (et donc les charges) seront construits.

Les essais à M=4 en régime turbulent seront réalisés à l'ONERA/Meudon et les essais en régime raréfié par le laboratoire CNRS-ICARE d'Orléans. Deux techniques de mesure quantitative de champ de masse volumique seront comparées : une technique basée sur des imageurs de front d’ondes par la société PHASICS et une technique d’interférométrie holographique par l'ONERA/Lille. Les calculs stationnaires seront réalisés par le CEA/CESTA, les calculs instationnaires, les analyses de stabilité, les modélisations semi-empiriques et les modèles réduits stochastiques par l'ONERA/Meudon.