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39 - Ça boume pour le banc Martel

Le décollage d'Ariane 5 s"accompagne d'une onde de souffle extrêment puissante. Photo Cnes.
 Pour reproduire l’onde de souffle d’un lanceur au décollage, le banc Martel*, de l'université de Poitiers, s’adapte à la génération de phénomènes acoustiques transitoires.

Lorsque les deux gros propulseurs à propergol solide du lanceur Ariane 5 s’allument, la brusque libération des gaz de combustion engendre une onde de souffle extrêmement puissante. Certes, elle n’endommage pas les satellites transportés dans le lanceur car ils sont prévus pour supporter de telles secousses. Cependant, les fabricants de satellites aimeraient bien assouplir les contraintes d’environnement auxquelles leurs appareils sont soumis. D’où les travaux menés par l’Onera, en partenariat avec le Cnes, EADS et le CEAT** de Poitiers, pour réduire les effets de l’onde de souffle.

Signal caractéristique d’une onde de souffle en jet libre« Jusqu’à présent, nous n’avions pas d’autre possibilité, pour caractériser cette onde de souffle, que de mettre à feu des propulseurs à échelle réduite », indique Denis Gély, responsable de l'Unité de Recherche « Aéroacoustique » au département Simulation numérique des écoulements et aéroacoustique à l’Onera. Cependant, lorsque l’on fait des essais à échelle réduite, il n’est pas possible de simuler les échelles de temps liées aux caractéristiques intrinsèques du propergol solide en combustion et on peut difficilement jouer sur le temps de montée en pression.

Générateur d’onde de souffle installé dans le banc Martel. Photo CEAT« Nous avons donc eu l’idée de fabriquer un banc d’essai pour simuler l’onde de souffle, sans passer par la combustion de propergol solide », raconte le chercheur. Le système générateur d’onde de souffle, conçu par l’Onera avec le soutien du Laboratoire de Combustion et de Détonique de l’Université de Poitiers, est formé d’une première chambre sphérique que l’on remplit d’un mélange air et méthane à moins de 10 bars. Lorsqu’on allume ce mélange, la déflagration fait monter la pression jusqu’à 100 bars et la température jusqu'à 2 200°C. On perfore alors un opercule qui libère ces gaz sous haute pression et haute température vers une seconde chambre équipée d’une tuyère d’éjection. « En jouant sur la pression initiale des gaz et sur le rapport des volumes des deux chambres, on peut choisir la rapidité de la montée en pression », explique Denis Gély. Cette montée peut être très rapide, jusqu’à 10 bars en une milliseconde ce qui correspond au phénomène observé à l’échelle 1.

Ce système est en cours d’installation sur le banc d’essais Martel à Poitiers, conçu pour les études aéroacoustiques des jets de lanceurs comme Ariane 5 ou Vega. Le sol est réfléchissant tandis que le reste du hall d’essai est couvert de matériaux absorbants, simulant la manière dont l’onde de souffle sera absorbée au-dessus du lanceur. Ainsi, on reproduit l’environnement d’un lanceur au décollage.

Les essais vont se poursuivre jusqu’à l’automne 2008. Premier objectif : vérifier les performances et la sécurité de cet appareil, d’abord à froid (avec de l’air) puis à chaud (avec du méthane). Les campagnes d’essais proprement dites dureront trois à cinq semaines et auront pour but de valider les logiciels de calcul mis au point par EADS et l’Onera. A plus long terme, il s’agit bien sûr de mieux comprendre ces ondes de souffle afin d’atténuer leurs effets en proposant des dispositifs de réduction.

Simulation numérique de l’onde de souffle au décollage pour Ariane 5.
Illustration ASTRIUM-ST

 

Tir à échelle réduite réalisé au Centre Onera
du Fauga-Mauzac. Simulation numérique
avec le logiciel de l'Onera CEDRE.

 

*Banc Martel : Moyen Aéroacoustique de Recherche et Technologie pour l’Environnement Acoustique des Lanceurs. Banc d’essais financé par le Cnes construit au CEAT de Poitiers en collaboration avec l’Onera.

**CEAT : Centre d’Etudes Aérodynamiques et Thermiques de l’Université de Poitiers