Descriptif et objectifs de l'emploi :
La compétition internationale sur le marché des lanceurs civils incite fortement les ingénieurs à concevoir des moteurs performants et à introduire des idées innovantes concernant la propulsion et le pilotage. Cependant, l'introduction de concept innovant à l'échelle industrielle comporte a priori certains risques inhérents à la fiabilité. Les projets du type Programme Etudiant de Recherche Spatiale Européen Universitaire et Scientifique (PERSEUS) proposé par le CNES semblent être une approche intéressante et une bonne échelle pour tester ces concepts nouveaux. La vectorisation de la poussée d'un moteur-fusée par injection d'un fluide dans le divergent de sa tuyère semble constituer une alternative intéressante et prometteuse au pilotage classique de la poussée par des actionneurs mécaniques. Cette approche est couramment utilisée pour le pilotage de la poussée des avions à réaction militaires de dernière génération comportant des tuyères planes. Or, ce mode de déviation de la poussée peut aussi convenir au pilotage des moteurs-fusées des lanceurs comportant des tuyères axisymétriques. Par exemple, le système de contrôle d'attitude des satellites ou des modules spatiaux comporte une multitude de tuyères propulsives. La vectorisation fluidique de la poussée permettrait de réduire le nombre de ces tuyères. Des études préliminaires effectuées à l'université d'Evry indiquent que dans certaines conditions des déviations de la poussée de l'ordre de 17° (Figure ci-après) peuvent être obtenues par une injection secondaire de l'ordre de 5% du débit principal de la tuyère.
Nous proposons dans le cadre des macro-projets 5100 (pilotage) et 6600 (arrière corps et tuyères innovantes) du programme Perseus de développer une recherche du type doctoral comportant une triple approche, analytique, numérique et expérimentale concernant la vectorisation fluidique de la poussée. Cette étude sera menée conjointement par l'université d'Evry et l'unité ICARE du CNRS d'Orléans dans le cadre d'une convention de collaboration.

1. Méthodes d'ingénieur : approche analytique
   Une étude bibliographique aussi exhaustive que possible sera menée, dans un premier temps, sur le sujet. Une approche du type ingénieur basée sur les principes de conservation appliqués localement et couplés à des corrélations existantes sur les phénomènes d'écoulement dans les tuyères supersoniques sera développée. Ces méthodes permettront de fournir une première indication des performances de la vectorisation en fonction des différents paramètres. Ceci sera utile pour dimensionner l'approche expérimentale. A ce propos, un code de calcul avec une notice d'utilisation permettant l'étude paramétrique des performances seront fournis à la fin de l'étude.
   
2. Etude expérimentale
   Les objectifs de cette étude expérimentale sont d'une part la validation de l'approche analytique et d'autre part une confrontation avec les études numériques décrites au paragraphe 4. Pour mener à bien cette étude, le potentiel expérimental de l'unité ICARE du CNRS d'Orléans sera mis à contribution. Un modèle de tuyère issu des calculs préliminaires sera dimensionné et construit. Cette tuyère comportera des orifices d'injection et sera montée sur un dispositif de mesure de forces. Le dispositif expérimental comportera également des mesures de pression pariétale. Le jet dévié issu de la tuyère sera visualisé par un système strioscopique. L'influence des paramètres tels que la position de l'orifice de l'injection et le rapport des débits injectés sur les débits primaires seront abordés.
   
3. Calcul numériques
   L'université d'Evry dispose d'un code de calcul (FASTRAN) à l'aide duquel l'étude numérique sera mise en œuvre. Ce code de calcul résout les équations de Navier-Stockes 3D. Le code comporte différent modèles de turbulence et différents schémas numériques. L'étude de la sensibilité des résultats aux modèles de turbulence ainsi qu'aux différents schémas numériques sera menée. Les angles de déviation ainsi déterminé seront confrontés. La pertinence du modèle analytique aux regard des résultats numérique sera discutée.
   
   
   CNES :
   Responsable : Luca BOCCALETTO
   
   Laboratoire LMEE :
   Université Evry 91000 EVRY
   Responsable : CHPOUN Amer Directeur de recherche
   a.chpoun@iut.univ-evry.fr
   
   LABORATOIRE Institut de Combustion Aérothermique Réactivité et Environnement (ICARE) UPR 3021 CNRS - ST2I :
   1C, av. de la recherche scientifique 45071 ORLEANS cedex 2 tel : +33.(0)2.38.25.77.22 fax : +33.(0)2.38.25.77.77
   Responsable : Eric Depussay Maitre de Conférences
   eric.depussay@univ-orleans.fr
   IUT Orléans départ. QLIO 11 rue Honoré de Balzac BP16729 45067 Orleans Cedex 2
   Tél. : 02.38.76.42.21 Secrétariat : 02.38.76.25.92 Fax : 02.38.76.03.05
   Groupe ARCHE (Aérodynamique Raréfiée Compressible Hors d'Equilibre)