Simulation hybride NS-DSMC d'un jet réactif de moteur-fusée à propergol solide à l'échelle et à haute altitude

Abstract

Ce travail met en œuvre une méthodologie hybride pour simuler l'écoulement multi-espèce issu du moteur du troisième étage du lanceur M-V de la JAXA à une altitude de 183km. La méthodologie consiste en le couplage one-way d'un solveur Navier-Stokes (NS) pour le jet du moteur avec un solveur reposant sur la méthode Direct-Simulation Monte-Carlo (DSMC) pour l'écoulement atmosphérique ambiant à basse pression. Le transport des particules d'alumine et l'interaction avec le gaz est traitée par un solveur dédié. Le caractère multi-échelle et multi-physique du cas se traduit par des difficultés numériques pour la DSMC qui ont été surmontées en limitant la taille minimum des cellules dans l'algorithme de raffinement adaptatif du maillage. Une simulation hybride NS-DSMC à l'échelle 1 est finalement réalisée et montre que l'expansion préférentielle du H2 à contre-courant vers l'avant du véhicule est capturé en DSMC contrairement à l'approche NS.