Alors que Space X s’apprête à lancer son premier vol spatial touristique, en France et en Europe les acteurs du secteur se penchent plutôt sur la préparation de nouveaux lanceurs pour les rendre plus robustes et plus verts. Et pour améliorer la propulsion spatiale, l’ONERA reste le partenaire incontournable du CNES et d’Ariane Group.
Les travaux actuels de l’ONERA parlent simulation
Quoi de mieux que la simulation numérique, menée de façon complémentaire avec les tests expérimentaux, pour gagner du temps et pour tester plusieurs paramètres à la fois ? En juin 2021, dans le cadre des travaux de développement du moteur à propulsion solide P120C, qui sera bientôt utilisé comme propulseur d'appoint du futur lanceur Ariane 6 et propulseur du premier étage du futur lanceur Vega C, l'ESA a confié à l'ONERA via le CNES, une activité de vérification indépendante sur la prédiction des instabilités pouvant apparaitre lors de la combustion du propergol.
Pour ce moteur solide P120C, conçu par Avio et Ariane Group, l'expertise de l'ONERA sur le thème des instabilités est en effet reconnue : que ces instabilités soient d'origine hydrodynamique ou thermoacoustique (en raison de la combustion distribuée de l'aluminium présent dans le propergol).
Récemment, un nouveau modèle de combustion des particules d'aluminium a en effet été développé à l’ONERA : le logiciel de combustion CEDRE a été amélioré pour estimer les instabilités pendant le deuxième tir de qualification du P120C d’octobre 2020. Cinq instants de fonctionnement correspondant à différentes étapes de la balistique interne du moteur ont été simulés.
La modélisation ONERA montre ainsi que les instabilités sont notamment très sensibles à la granulométrie des particules d'aluminium et des résidus d'alumine présents dans le moteur. La procédure de calcul ONERA évaluant les instabilités liées à la combustion de l'aluminium dans un propergol solide a donc pu être validée sur un moteur industriel.
L’ONERA a réalisé, sous contrat CNES, des simulations numériques ZDES (Zonal Detached Eddy Simulation) autour du prototype PPH du lanceur Ariane 6, qui a également été testé expérimentalement dans une soufflerie de l’ONERA. Afin de prendre en compte la complexité géométrique du prototype, liée aux protubérances de l'arrière-corps et aux bielles, l’ONERA a mis en œuvre avec succès la stratégie numérique innovante ZIBC (Zonal Immersed Boundary Conditions) qu’il a développée et élaborée pour Ariane 5
Mais aussi des tests expérimentaux en dur……
Le centre ONERA Occitanie dispose de bancs d’essais dédiés à la propulsion spatiale sur le site du Fauga-Mauzac. Les travaux sur le premier étage du futur lanceur Ariane 6 y sont menés.
En particulier les mesures de pression et de poussée effectuées servent aux validations des futures simulations numériques.
