Philippe Meliga

Séminaire régulier
LadhyX, Ecole Polytechnique, France

L'écoulement autour d'un lanceur spatial tel qu'Ariane 5 est caractérisé par un décollement massif dû à la géométrie du corps central. Le lanceur est alors le siège d'importantes fluctuations de pression à la paroi, liées à la nature instationnaire de cette zone décollée. Des efforts instationnaires peuvent apparaître et exciter les modes de vibrations des structures, qui sont susceptibles d'affecter les performances et l'intégrité mécanique du lanceur.

Dans cette étude, nous nous intéressons aux oscillations grande-échelle auto-entretenues qui se développent dans le sillage d'un corps de révolution modélisant le corps central du lanceur. Nous considérons tout d'abord l'écoulement prototype autour d'un disque en régime incompressible. Une étude de stabilité globale, menée à faible nombre de Reynolds sur l'écoulement axisymétrique, permet d'identifier les modes de plus grand taux d'amplification. La dynamique complexe de l'écoulement est alors comparée à celle d'un modèle réduit basé sur une superposition des modes instables. En particulier, nous montrons que c'est l'interaction non linéaire de ces modes qui est responsable de la sélection de fréquence et de l'organisation spatiale de l'écoulement au seuil d'apparition des instationnarités.

Une approche systématique du contrôle en boucle ouverte est ensuite développée en analysant la sensibilité des valeurs propres à un forçage stationnaire de faible amplitude. Cette approche est appliquée à une configuration de culot franc en régime compressible, ce qui constitue un premier pas dans la perspective d'un contrôle de l'écoulement en configuration « industrielle ». L'efficacité de diverses méthodes est analysée, parmi lesquelles l'introduction d'un corps secondaire, un dépôt d'énergie dans la zone décollée, ou encore un soufflage au culot (« base bleed »). Une interprétation des mécanismes physiques en jeu dans chacune de ces méthodes est proposée sur la base d'une compétition entre production et transport des perturbations.