Contribution à la modélisation de la combustion de blocs de propergol solide aluminisé après eclatement d'un propulseur / Fabien Chassagne ; [sous la direction de ] Pierre Joulain et Hui Ying Wang

Résumé / Abstract : Présentés dans un cadre de sécurité pyrotechnique, ces travaux ont pour principal objectif de simuler les effets thermiques de la combustion de blocs de propergol solide aluminisé, dispersés après l’éclatement d’un propulseur. Un état de l’art des mécanismes mis en jeu aux niveaux micro- et macroscopiques a permis de mieux appréhender les transferts de chaleur et de masse se produisant lors de ce type de combustion. Des essais à grande échelle ont été réalisés afin d’obtenir de nouvelles données quantitatives, nécessaires au développement du modèle théorique. Une comparaison des résultats pour deux compositions de propergol, l’une hautement chargée en aluminium (20% en masse), l’autre plus faiblement (4%), a montré le rôle prépondérant que les gouttes d’aluminium puis les particules d’alumine jouent dans les transferts radiatifs vers l’environnement extérieur. Cette tendance est également obtenue par un calcul numérique, basé sur le code de simulation d’incendie FDS (Fire Dynamics Simulator), qui permet de calculer la dispersion des gouttes d’aluminium par une approche lagrangienne. La combustion des gouttes Al/Al2O3 est prédite par un modèle de type fraction de mélange, couplé à une loi d’évaporation, et leur rayonnement est calculé à partir de la théorie de Mie. Une étude de sensibilité a en outre permis de déduire un jeu de paramètres optimal pour lequel les résultats numériques sont en bon accord avec les mesures expérimentales. Dès lors, un scénario accidentel complet peut être simulé dans un bâtiment d’assemblage de grospropulseurs.

Résumé / Abstract : The present work deals with one typical pyrotechnic safety issue. Its main objective is to predict the thermal effects induced by the combustion of aluminised solid propellant pieces which are dispersed all around a blasted rocket motor. A state of art about aluminised solid propellant combustion is made to improve our knowledge of the combustion mechanisms at micro- and macroscales. Large scale tests are set up in order to get new quantitative data for developing the numerical model. The comparison between two aluminised solid propellant compositions (4% or 20% of Al in mass) show how important the role of burning Al droplets is on heat transfer to the surroundings. This tendancy is also pointed out by numerical tests using the Fire Dynamics Simulator (FDS). This software is modified to compute the dispersion of aluminium droplets by a lagrangian approach. It also includes a mixture fraction model coupled with a vaporisation law to calculate the Al droplet combustion, and the radiation of Al/Al2O3 droplets is predicted by Mie theory. An optimized set of parameters is found and allows for getting numerical results in good agreements with the experimental ones. Finally it should be possible to simulate the whole scenario of an accidental rocket motor failure in a storage building.