Simulation de La Balistique Intermédiaire Avec

**Simulation de la balistique intermédiaire avec maillages dynamiques, et phénomènes physiques associés**:

- Réf
- **ABG-111002**
- Sujet de Thèse- 09/02/2023- Autre financement public- ONERA- Lieu de travail- Palaiseau - Ile-de-France - France- Intitulé du sujet- Simulation de la balistique intermédiaire avec maillages dynamiques, et phénomènes physiques associés- Champs scientifiques- Sciences de l’ingénieur
- Mots clés- balistique, maillages dynamiques, propergol solide, base-bleed, chocs, combustion instationnaire**Description du sujet**:
Dans le cadre d’études avec la DGA Techniques Terrestres et Nexter Arrowtech à Bourges, on s’intéresse au parcours balistique d’un obus tiré depuis un canon. Lors du coup canon, la balistique de l’obus suit plusieurs phases successives:
1. La première phase de balistique interne (BI) consiste à calculer le mouvement de l’obus dans le canon, sous l’effet d’une augmentation rapide de pression produite par la combustion de charges propulsives. Comme le canon est rayé, la translation de l’obus dans le canon entraine sa mise en rotation autour de son axe. Cette première phase peut être calculée par un code dédié.
2. La deuxième phase est la balistique intermédiaire. Elle correspond à la continuité du parcours balistique pendant les premiers instants de vol libre de l’obus. Elle peut être traitée à part car plusieurs phénomènes physiques complexes sont présents : réseau de chocs créés par la vitesse de l’obus, interaction entre gaz propulsifs à haute pression et air ambiant, phénomènes réactifs, giration de l’obus
3. Ensuite, lorsque l’obus est suffisamment loin du canon, on parle de balistique extérieure, avec une phase de vol libre sans interactions autres que les variations de pression et température selon son altitude, ainsi que sa vitesse.

Pour permettre un gain de portée significatif de l’obus, on fixe un base-bleed à son culot. Le base-bleed est un bloc de propergol solide qui permet une génération de gaz par combustion plutôt lente afin de compenser la trainée de l’obus.
Parmi les phases décrites ci-dessus, on s’intéresse plus particulièrement à la balistique intermédiaire. Cette phase est critique à plusieurs niveaux numériques et physiques. D’une part, le rapport de pression entre l’intérieur et l’extérieur du canon peut atteindre plusieurs centaines de MPa. La décroissance temporellede pression qui suit la sortie de l’obus est donc importante. Le calcul de la structure particulière d’ondes de choc requiert alors un maillage et des méthodes numériques adaptés.
D’autre part, des phénomènes physiques réactifs sont présents. Si on suppose que le base-bleed s’allume en phase BI, la dépressurisation rapide à la bouche peut produire son extinction (voir [1]). L’objectif principal de la thèse est d’étudier les conditions qui peuvent amener à l’extinction du base-bleed (type et géométrie du propergol, pression, intensité de la dépressurisation ) et obtenir des critères pour prendre en compte ce phénomène dans les conceptions de systèmes futurs. D’autres phénomènes pourront également être caractérisés comme l’éventuelle recombustion des gaz propulsifs au contact de l’air, l’étanchéité entre l’obus et la paroi interne du canon en phase BI, le champ de pression sur les structures autour du canon et l’écoulement au frein de bouche. La phase de BI ne sera pas calculée mais modélisée pour que l’obus arrive à la bonne vitesse en sortie de canon.

Le programme de travail prévu au cours de cette thèse s’articule selon différentes étapes:
- La première année sera dédiée à la mise en place d’une méthode de calcul originale à l’aide de maillages dynamiques pour simuler la balistique intermédiaire avec le code CEDRE de l’ONERA. La méthode consiste à définir un maillage de référence fixe au cours du temps (maillage du canon et de l’environnement), sur lequel on applique le mouvement d’un corps mobile muni de son propre maillage. Des flux d’échanges sont créés au raccord entre ces deux maillages afin de préserver l’aspect conservatif des équations de Navier-Stokes. Un exemple de mise en oeuvre de cette méthodologie avec CEDRE est disponible via la vidéo [2] pour simuler le décollage du lanceur VEGA. Un exemple de simulation de balistique intermédiaire est déjà présent dans la littérature (voir [1]). Des cas test issus de la littérature ou disponibles chez Nexter seront mis en place. Des comparaisons seront réalisées entre les résultats des outils ONERA et Nexter [3].
- La deuxième année se concentrera sur la recherche, l’implémentation dans CEDRE et la validation d’un modèle d’extinction pour la combustion des propergols solides. Le doctorant devra définir des protocoles expérimentaux pour étudier l’extinction à l’ONERA, afin d’obtenir des données utiles à