Dimensionnement des tuyères supersoniques axisymétriques à corps central extérieur par la méthode des caractéristiques (Axisymmetric Plug Nozzle design)

Abstract

La conception d’une tuyère auto-adaptative avec l’altitude, ainsi que du volume et poids réduits est devenue aujourd’hui un enjeu primordial dans l’industrie aérospatiale. Les tuyères à corps central notamment l’aérospike occupent une partie majeure dans ces recherches, et promettent une solution efficace aux pertes de la poussée dues aux phénomènes nuisibles associées à la sur et sous-détente. L’objectif de notre travail est de tracer le contour authentique des tuyères supersoniques axisymétriques à corps central extérieur (Axisymmetric Plug Nozzle), dont la détente des gaz sera sans chocs le long des parois, donnant un écoulement uniforme et parallèle à la section de sortie. La méthode de conception est basée sur la théorie de détente centrée de Prandtl Meyer d’un gaz parfait, avec l’outil de la méthode des caractéristiques pour des coordonnées cylindriques, et la fonction du courant de Shapiro pour tracer le contour de la tuyère. Une comparaison des différents résultats géométriques et aérodynamiques a été faite par rapport aux ceux des modèles de corps central bidimensionnel, MLN bidimensionnel et MLN axisymétrique, où il a été constaté une amélioration du rendement de propulsion et d’adaptation avec l’altitude (résistance au décollement de la couche limite en sur-détente) avec la diminution du volume et poids des tuyères objet de la présente recherche.