Fluid-structure interaction in rocket engines
Abstract
Numerical approaches to predict side-loads on over-expanded launcher engines, resulting from the aeroelasticity, are proposed in this study: a stability model and a fluidstructure model. The main idea is to offer a better understanding of the repercussions likely to appear from the aeroelastic coupling in terms of side loads resulting from the motion of the compression shock and that may be responsible of damage effects on the current engines. It is notably shown the existence of a given natural torsional frequency of the nozzle for which the measured side loads are maximum, phenomenon associated with a transversal wave in the flow between both walls. These studies aim to improve the only current aeroelastic stability model in over expanded nozzle.
Un modèle numérique de couplage fluide-structure est présenté, visant à améliorer la prédiction du niveau de charges latérales dans un moteur fusée sur-détendu (présence d’un choc stabilisé) et subissant des mouvements de corps rigides. Ces derniers peuvent en effet avoir un effet destructeur sur la tenue du moteur et sont aujourd’hui encore observés sur les moteurs actuels. Il y est montré l’existence d’une fréquence critique de rotation du moteur pour laquelle le niveau de charge observé est maximum et lié notamment à l’existence d’une onde transversale en aval du choc venant régulièrement percuter les deux faces internes du moteur. L’objectif à terme de ces travaux est d’améliorer le seul modèle de stabilité aéroélastique actuellement appliqué aux moteurs fusée.