Système de protection thermique ablatif sous incertitudes avec prise en compte des gazs de pyrolyse

Abstract

Les véhicules spaciaux tels que Stardust (NASA, 2006) sont protégés par un système de protection thermique ablatif (TPS) lors de leur entrée atmosphérique hypersonique. Une nouvelle génération de matériau de protection, appelé Phenolic Impregnated Carbon Ablator (PICA), a été introduite pour la mission Stardust. Cette nouvelle génération de composites carbone-phénolique à faible densité est maintenant couramment utilisée dans l'industrie aérospatiale. Les phénomènes complexes de transfert de masse et de chaleur couplés à la pyrolyse de la matrice phénolique et la chimie des gazs associés surviennent dans le matériau durant l'entrée atmoshpérique. Différents codes de calcul, comme Porous material Analysis Toolbox based on OpenFoam (PATO) mis en accès libre par la NASA, permettent d'étudier la réponse du matériau. Dans notre étude, une méthode non-intrusive Anchored Analysis of Variance (Anchored-ANOVA) a été interfacée avec PATO pour réaliser une analyse de sensibilité à faible coût sur ce problème comportant un grand nombre de parmètres incertains. Ensuite, une méthode de chaos polynomial a été mise en oeuvre afin de calculer les statistiques de différentes quantités d'intérêt lors de l'entrée atmosphérique de la capsule Stardust, en considérant les incertitudes sur les propriétés matériau et la composition des gazs de pyrolyse. Cette première étude prenant en compte les incertitudes sur la composition des gazs de pyrolyse montre leur forte contribution à la variabilité finale des quantités d'intérêt.