Les vitesses atteintes par les corps de rentrée sont très élevées, l'énergie cinétique est considérable. La quantité de chaleur mise en jeu est telle que l'écoulement hyperenthalpique devient le siège de processus physico-chimiques. Pour représenter l'écoulement, il est indispensable de préciser les interactions entre les phénomènes de déséquilibre thermochimique et les conditions aérodynamiques qui se traduisent par le couplage des équations cinétiques et de conservation. Les résultats de la thermodynamique statistique sont utilisés pour décrire les caractéristiques macroscopiques des espèces gazeuses. Les coefficients de transport sont obtenus selon la théorie cinétique de Boltzmann par des formulations simplifiées mais aussi plus générales pour le cas de mélanges complexes. La détermination des termes de production chimique et les différentes contributions aux termes sources des équations de relaxation vibrationnelle sont présentées en s'appuyant sur le schéma cinétique de l'air. La résolution des équations de couche limite de Prandtl ne permettant pas de tenir compte du rotationnel de l'écoulement extérieur, l'approche déficitaire a été étendue au cas des écoulements en déséquilibre. Cette technique repose sur la méthode des développements asymptotiques raccordés et permet d'assurer le raccord entre la solution visqueuse et la zone externe de fluide parfait. La mise en oeuvre numérique repose sur la méthode originale du code 3C3D permettant de conserver la forme cartésienne des équations de couche limite. Cette technique a été adaptée pour prendre en compte les phénomènes de relaxation et la formulation déficitaire. Enfin, des résultats de validation et d'application sont présentés sur différentes configurations.

CE TRAVAIL CHERCHE A DECRIRE L'ECOULEMENT EN REGIME LAMINAIRE HYPERSONIQUE, AU-DESSUS D'UNE PLAQUE PLANE SUIVIE D'UNE RAMPE; L'ENSEMBLE PEUT AINSI SYMBOLISER L'ECOULEMENT SUR UNE AILE DE NAVETTE SPATIALE AVEC SA GOUVERNE. LA THEORIE QUE NOUS EMPLOYONS, CONNUE SOUS LE NOM DE TRIPLE COUCHE (TRIPLE DECK), A ETE POSEE PAR NEILAND ET STEWARTSON EN 1969; ELLE PERMET UNE DESCRIPTION RATIONNELLE AU SENS DES DEVELOPPEMENTS ASYMPTOTIQUES RACCORDES DE LA SEPARATION DE LA COUCHE LIMITE. AUSSI, NOUS COMMENCONS CE TRAVAIL, D'UNE PART, PAR UNE REVUE DES ARTICLES AFFERENTS A LA TRIPLE COUCHE DANS LES CADRES INCOMPRESSIBLE OU COMPRESSIBLE, STATIONNAIRE OU INSTATIONNAIRE, BIDIMENSIONNEL OU TRIDIMENSIONNEL, ET, D'AUTRE PART, PAR UN RAPPEL SUR LES ECOULEMENTS HYPERSONIQUES. ENSUITE NOUS APPLIQUONS CES CONCEPTS ET NOUS REFORMULONS LE PROBLEME DE LA TRIPLE COUCHE OU LA PLAQUE A UN BORD D'ATTAQUE QUI N'EST PLUS AIGU MAIS EMOUSSE: IL Y A ALORS, DANS CE CAS, UNE COUCHE D'ENTROPIE. SI L'EMOUSSEMENT EST TRES PETIT, IL SEMBLERAIT, APRES RESOLUTION NUMERIQUE, QUE L'AUGMENTER, AUGMENTE LE BULBE DE RECIRCULATION; EN REVANCHE, SI L'EMOUSSEMENT EST PLUS IMPORTANT, IL SEMBLERAIT, D'APRES LES JAUGES DEGAGEES, QUE L'AUGMENTER, DIMINUE LE BULBE. UNE REVUE DE L'EFFET DE LA TEMPERATURE SUR LA TRIPLE COUCHE EST ENSUITE PRESENTEE. ENFIN, LES METHODES NUMERIQUES PERMETTANT DE RESOUDRE LES EQUATIONS DE TRIPLE COUCHE PAR LA BOITE DE KELLER ET PAR LE COUPLAGE SEMI-INVERSE DE LE BALLEUR SONT PRESENTEES

CETTE ETUDE TRAITE DE L'INTERACTION TRIDIMENSIONNELLE ONDE DE CHOC/COUCHE LIMITE TURBULENTE, QUI EST UN PHENOMENE D'UN GRAND INTERET PRATIQUE POUR LES AVIONS SUPERSONIQUES. L'INTERACTION EST INDUITE PAR UNE PLAQUE PLANE A BORD D'ATTAQUE ARRONDI, MONTEE PERPENDICULAIREMENT A LA PAROI INFERIEURE D'UNE SOUFFLERIE. LES CHAMPS DE VITESSES MOYENNES ET TURBULENTES SONT MESURES DANS DES PLANS LONGITUDINAUX, A L'AIDE D'EXPLORATIONS PAR VELOCIMETRIE LASER TRIDIMENSIONNELLE, COMPLETEES PAR DES RELEVES DE PRESSION PARIETALE, ET PAR DES VISUALISATIONS DE LIGNES DE FROTTEMENT. LA STRUCTURE DE CHOCS EN LAMBDA ET L'ORGANISATION TOURBILLONNAIRE DE L'ECOULEMENT DECOLLE SONT EXAMINEES. LES PROPRIETES DE LA TURBULENCE SONT ANALYSEES, NOTAMMENT EN RELATION AVEC LA STRUCTURE DU CHAMP MOYEN. LE TRAINAGE DES PARTICULES D'ENSEMENCEMENT EST EVALUE AU VOISINAGE DES CHOCS. CETTE EXPERIENCE EST SIMULEE PAR UN CODE DE RESOLUTION DES EQUATIONS MOYENNEES EN TEMPS DE NAVIER-STOKES COMPRESSIBLES, ASSOCIEES A UN MODELE DE TURBULENCE ALGEBRIQUE DE LONGUEUR DE MELANGE. LA METHODE NUMERIQUE EMPLOYEE SE CARACTERISE PAR UN SCHEMA EXPLICITE CENTRE AVEC UNE APPROCHE VOLUMES FINIS, EN MAILLAGE STRUCTURE. NOUS ANALYSONS L'INFLUENCE DE LA DISTRIBUTION DE VISCOSITE TURBULENTE SUR L'INTERACTION, AINSI QUE L'INDEPENDANCE DU CALCUL VIS A VIS DU MAILLAGE. LA VALIDITE DU MODELE DE TURBULENCE EST DISCUTEE PAR UNE CONFRONTATION AVEC CERTAINS RESULTATS EXPERIMENTAUX

Recent government and commercial efforts to develop orbital and suborbital passenger and transport aircraft have resulted in a burgeoning of new research. The articles in this book, translated from Russian, were contributed by the world's leading authorities on supersonic and hypersonic flows and heat transfer. This superb book addresses the physics and engineering aspects of ultra high-speed aerodynamic problems. Thorough coverage is given to an array of specific problem-solving equations. Super- and Hypersonic Aerodynamics and Heat Transfer will be essential reading for all aeronautical engineers, mechanical engineers, mathematicians, and physicists involved in this exciting field of research.

Progress in Aeronautical Sciences, Volume 9 presents the vibrational characteristics of certain aircraft. This book supplements the comprehensive account of matrix methods of structural analysis. Organized into five chapters, this volume begins with an overview of the different schemes of the numerical method of characteristics for calculating three-dimensional steady supersonic gas flow about bodies moving at incidence. This text then examines the flow of a perfect gas and provides the generalization for the case of equilibrium and non-equilibrium flow of real gas. Other chapters consider the various aspects of the aerodynamic design of aircraft and discuss the application of modern computer methods to fluid mechanics. This book discusses as well the prospects for further development of the existing types and for the establishment of the as yet hypothetical types of aircraft. The final chapter shows how the evolution of the aerodynamic shape leads to a complete spectrum of major types of aircraft. This book is a valuable resource for engineers.

La théorie de couche limite déficitaire est étendue aux écoulements bisimensionnels plans ou axisymétriques, laminaires hypersoniques en déséquilibre chimique et vibrationnel avec modélisation du couplage chimie/vibration pour de l'air composé de cinq espèces (N2, O2, NO, N, O). Les solutions déficitaires et classiques sont comparées à celle de Navier-Stokes, sur différents obstacles émoussés (sphère, sphère-cône, hyperboloïde). L'impact de la singularité mathématique des équations d'Euler au point d'arrêt en gaz réactif, sur les calculs de couche limite classique et déficitaire est abordé. Cela permet d'expliquer en partie les divergences croissantes entre les solutions déficitaires et Navier-Stokes à l'arrière d'obstacles élancés. Par ailleurs un nouveau modèle de couplage entre les relaxations chimiques et vibrationnelles est développé tenant du caractère spécifique des réactions d'échange par rapport aux réactions de dissociation. Ce modèle appelé CVDEV stabilise la convergence numérique des calculs de couche de choc. Son aptitude à reproduire les niveaux d'émission infrarouge du NO en aval d'un choc droit est démontré par comparaison à d'autres modèles récents et à des données expérimentales. En sortie de tuyère hypersonique, la composition chimique du gaz change sous l'effet du couplage vibration/réactions d'échange. Enfin, une étude paramétrique met en évidence l'effet des différentes modélisations sur la distance de détachement du choc, le flux de chaleur et les profils de couche limite.

Une méthode de calcul de couches limites tridimensionnelles se développent autour d'obstacles profiles quelconques a été mise au point. Le domaine d'application de celle-ci va, en laminaire, de l'incompressible au supersonique. En écoulement turbulent, il est limité par la validité du modèle de longueur de mélange utilisé. Le schéma numérique adopte est de type semi-implicite. Les équations de quantité de mouvement et d'énergie sont discrétisées suivant les lignes de courant locales, cela afin de respecter rigoureusement les contraintes liées à la nature parabolique du système d'équations. Contrairement aux méthodes habituelles qui utilisent les coordonnées généralisées, on se sert comme intermédiaire de calcul du plan tangent osculateur en chaque nœud du maillage de surface lie à l'obstacle, évitant ainsi d'imposer une hypothèse de régularité supplémentaire pour les lignes de maillage de données. Il est ainsi possible de limiter, voire de supprimer, la phase de prétraitement des données venant du calcul fluide parfait.