Contrat Post-Doctoral H/F - 86

MISSIONS ET ENVIRONNEMENT DE TRAVAIL

A l'horizon de la prochaine décennie, le développement des futures stations spatiales et les besoins en croissance de services en orbite rendent indispensable la disponibilité sur le marché des véhicules modulaires et réutilisables pour répondre notamment aux besoins de fret logistique. Pour répondre à ce besoin, The Exploration Company propose le développement de Nyx Earth, une capsule offrant la capacité de rendez-vous puis d'amarrage passif (berthing) ou actif (docking) aux stations. Pour cela le véhicule Nyx doit être équipé de systèmes propulsifs offrant une solution de propulsion non toxique remplaçant la filière hydrazine actuellement utilisée dans le domaine spatial. Le véhicule sera alors en mesure fournir de nouveaux services et usages en orbites tels que : cargo, ravitaillement, extension de vie des véhicules, stations et satellites en orbite.
Pour cela, l'identification de nouveaux couples d'ergols liquides stockables, qualifiés de verts pour l'environnement et la santé du fait de leur faible toxicité, est primordiale.
L'utilisation de ces ergols, éventuellement composés d'hydrocarbures d'origine renouvelable (éthanol, alcane...), requiert une maîtrise de la combustion dans ces conditions particulières. Cela suppose une nouvelle définition des systèmes d'injection et nécessite l'étude des processus physiques impliqués lors de cette phase critique qui pilote l'allumage mais également la phase stabilisée de la cACTIVITES PRINCIPALES

Dans ce contexte, nous proposons un projet divisé en deux tâches principales :

Tâche 1: La première vise à compléter les travaux expérimentaux menés à l'institut Pprime sur cette problématique en développant un volet simulation. L'objectif de cette tâche est double: d'une part, améliorer la compréhension des mécanismes d'atomisation par impact de jets, et d'autre part, contribuer au choix des configurations et des conditions d'essais. La synergie recherchée entre les approches numérique et expérimentale permettra non seulement une meilleure capitalisation des travaux expérimentaux, mais également la validation des outils numériques développés spécialement pour étudier le processus d'atomisation. Ce travail sera réalisé au moyen des outils de simulation les plus avancés, développés spécialement pour ce type d'étude. Le postdoctorant sera amenéà : (i) évaluer la capacité des outils numériques potentiels à reproduire les phénomènes impliqués lors de l'atomisation par impact de jets, (ii) effectuer une étude paramétrique pour évaluer l'impact des conditions opératoires (vitesse d'injection, angle formé par les jets...) sur les caractéristiques de la nappe et du spray générés, et (iii) analyser les résultats et concevoir d'éventuels modèles.

Tâche 2: La deuxième tâche sera dédiée à la modélisation de la combustion des ergols considérés. En effet, la combustion de ces ergols sera gouvernée par:

· la cinétique chimique du couple d'ergols;

· les conditions aérothermodynamiques (pression, température, vitesse, turbulence...), qui gouvernent entre autres l'évaporation et le mélange, et donc le processus de combustion;

· le temps de résidence dans la chambre de combustion, fortement dépendant du débit et de la géométrie de la chambre.

Les études numériques envisagées dans le cadre de ce projet (à l'aide du code Asphodèle ou Basilisk) auront pour objectif d'améliorer la compréhension du processus de combustion dans un nuage de gouttelettes représentatif à celui obtenu par les systèmes d'injection retenus. Une attention particulière sera portée à la fois sur l'étude de l'évaporation du couple d'ergols et sur le développement d'un modèle cinétique, à une ou deux étapes, capable de reproduire les propriétés essentielles de la combustion à partir des données expérimentales.

L'ensemble de ces travaux viendra compléter les études expérimentales, qui assurent la disponibilité des bases de données nécessaires à la validation des simulations numériques, actuellement menées au sein de l'institut Pprime.