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Accueil du site > Installations expérimentales > Propulsion spatiale & souffleries hypersoniques > Installations FAST > Activités > Etude du contrôle d’écoulements supersoniques par actionneurs EHD et MHD

Actionneurs EHD & MHD

Des actionneurs ont vu le jour depuis quelques années faisant intervenir l’interaction d’un plasma avec l’écoulement, études qui se sont développées dans les années 70 en Union Soviétique portant notamment sur l’utilisation des plasmas faiblement ionisés en écoulement supersonique. De ces études, il a été montré que l’efficacité de l’effet du plasma est fondée sur la présence d’une perturbation électromagnétique qui amplifie l’interaction écoulement-plasma. Les effets couramment recherchés sont la diminution de la traînée et donc de la consommation des véhicules, la réduction du bruit, l’augmentation de la portance des profils aérodynamiques et des progrès dans la sécurité des vols par un meilleur contrôle du phénomène de décrochage, une simplification des organes de navigation des appareils et donc une simplification de la conception et de la fabrication des appareils ainsi que la viabilisation de formes aérodynamiques inutilisables jusqu’à présent.

Aussi pour des problèmes liés aux rentrées atmosphériques des engins spatiaux, la manipulation du choc formé devant l’engin peut être une voie intéressante pour ralentir la vitesse d’entrée de ces engins dans les couches plus denses de l’atmosphère.

La mise en œuvre à un niveau industriel des techniques développées pour le contrôle actif d’écoulements se heurte encore aujourd’hui à la disponibilité d’actionneurs permettant d’assurer le contrôle dans des conditions intéressantes de rendement, d’installation, de fiabilité et de maintenance.
L’objectif visé est donc l’étude des actionneurs électromagnétiques afin d’approfondir les connaissances sur les mécanismes complexes qui agissent sur l’écoulement.

Modification d’un choc en écoulement raréfié supersonique par actionneur EHD.

Ces expériences sont conduites sur le moyen d’essai MARHy, avec la tuyère M2/0.63 permettant d’obtenir un écoulement à Mach 2 avec une pression statique de 8 Pa correspondant à une altitude d’environ 40 km.

Une première étude réalisée avec un profil de plaque plane a montré qu’une décharge plasma développée sur la surface de la plaque avait pour conséquence principale l’épaississement de la couche limite et donc l’ouverture de l’angle du choc. Cet effet est essentiellement provoqué par le chauffage de la surface de la plaque induit par la présence du plasma.

 

Thèse d’Éric Menier, "Influence d’une décharge électrique continue sur un écoulement supersonique raréfié", de l’Université d’Orléans, 20 décembre 2007.
L’étude de la modification d’un choc à partir d’un profil cylindrique est en cours d’étude. Il s’agit d’un cylindre en alumine de 21 mm de diamètre sur lequel une électrode de 3mm de largeur est polarisée avec une tension DC négative.

La distance naturelle du choc est de 12,5mm. Il a été observé expérimentalement que la distance du choc augmente avec la présence de la décharge plasma.

Cet effet est accru en remplaçant l’électrode en aluminium par une électrode en tungstène. On observe alors une augmentation de la distance du choc de 34.5% avec une décharge de 480 W.
La simulation numérique est en cours de développement par Jean Denis Parisse, Maître de conférences à l’IUSTI de l’Université de Marseille. Numériquement on observe que pour pousser le choc de 5,8% il faut chauffer localement à 1000 C°. Avec une température plus réaliste la distance du choc n’augmente pas suffisamment pour coller aux résultats expérimentaux. Ceci démontre que d’autres effets que ceux du chauffage sont responsables des modifications observées.
Le calcul de la distance de détachement du choc en fonction du taux d’ionisation local permet d’approcher les résultats expérimentaux. Pour un taux d’ionisation estimé entre 0.0017 et 0.02 on détermine à partir de la courbe une distance de détachement comprise entre 15,5mm et 17mm.
L’effet d’un champ magnétique de direction radiale au cylindre rend la forme du choc triangulaire à partir d’un choc rond comme le montrent les images.

Modification par MHD d’un écoulement ionisé.

Lors de la phase de rentrée atmosphérique les flux de chaleur importants ainsi que le phénomène de blackout constituent deux des nombreux problèmes rencontrés. L’application de la MHD est étudiée ici afin, d’une part de réduire les flux subits par la navette et d’autre part de réduire la densité électronique responsable de la coupure de transmission des ondes radio. Cette étude est réalisée avec le moyen d’essai PHEDRA.
La vidéo montre deux cylindres tronqués identiques en interaction avec un écoulement supersonique d’argon. Des aimants permanents sont disposés à l’intérieur d’un des cylindres créant ainsi un champ magnétique axial qui modifie clairement le ‘bow shock’.

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