Echauffement du nez d'une fusée

[saltedGarlic]

Bonjour à tous,

Je ne suis pas physicien de formation, mais le phénomène suivant m'intrigue : j'ai appris que pour un engin hypersonique, disons une fusée, le réchauffement du nez de la fusée est plus grand lorsque ce nez est "pointu" que lorsqu'il est plat. Je cherche à comprendre ce phénomène à l'aide des équations de la mécanique des fluides compressible, mais je ne trouve rien sur internet. Je dois sans doute chercher avec les mauvais mots-clefs.

En d'autres termes je cherche à modéliser l'influence de la géométrie d'un objet qui se déplace à vitesse hypersonique dans un fluide (l'air). Vu que les vitesses sont très grandes, j'imagine qu'il faut utiliser Navier-Stokes compressible, mais je ne sais pas comment modéliser les transferts thermique (car ne considérer que NS compressible ne donne pas d'élévation de temparature).

Avez-vous une preuve, ou un lien vers un document (ou livre) qui traite de ces questions ?

Merci d'avance
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[Resartus]

Bonjour,
Ce phénomène en effet assez contreintuitif est connu depuis un certain temps. C'est la forme utilisée pour les capsules apollo à leur retour sur terre
Si vous parlez anglais, le site de la NASA doit sans doute fournir des éléments publics sur ce sujet

Je ne suis pas un expert, ,mais il me semble que les logiciels actuels (y compris certains "libres") savent, grâce à des équations spécifiques qui complétent NS pour traiter les couches limites, calculer les élévations de température dans le domaine supersonique.
Mais il sont probablement inutilisables pour l'hypersonique, en particulier parce qu'ils ne savent pas traiter les changements d"état de l'air (formation de plasma, etc.) à ces températures

[Resartus]

re,
Un article grand public sur le découvreur du phénomène.
https://www.airspacemag.com/space/ho...2/?c=y&page=1#
et une page de la nasa sur le sujet
https://www.grc.nasa.gov/www/BGH/index.html

[Anathorn]

Bonsoir,

C'est la forme utilisée pour les capsules apollo à leur retour sur terre

??
Les capsules spatiales, qui ont une forme conique, ne présentent surtout pas le nez lors de leur rentrée atmosphérique.
Ils présentent la base ronde et large recouverte d'un bouclier thermique.

https://i.ytimg.com/vi/06TxseVVgLI/maxresdefault.jpg
Le but d'une capsule lors de la rentrée atmosphérique, c'est de transformer leur vitesse en chaleur, afin de ralentir.
Ici, justement, le but c'est de "chauffer au maximum", en quelque sorte.

L'inverse d'un engin hypersonique, comme le X-43, dont le but est de minimiser la chaleur à haute vélocité, afin de rendre ces hautes vitesses supportables pour la structure.

http://4.bp.blogspot.com/-cpB1vlsCWx...25286%2529.jpg

[A voir en vidéo sur Futura]

[Resartus]

Bonjour,
@Anathorn. Je te suggère de lire attentivement les deux liens que j'ai fournis. .
La forme aplatie est la plus efficace pour limiter l'échauffement de la capsule que la forme conique, parce que l'essentiel de la chaleur produite part avec l'air
Mais pour un engin propulsé, il y a un compromis à trouver, car cette forme est aussi celle qui produit le plus de chaleur globale, et donc la trainée la plus forte

[Anathorn]

La forme aplatie est la plus efficace pour limiter l'échauffement de la capsule que la forme conique

Le but d'un bouclier ablatif, comme celui de toutes les capsules de rentrée atmosphérique, c'est justement d'utiliser une GRANDE surface pour plus (+) chauffer afin de transformer PLUS de vitesse en chaleur, donc de ralentir plus efficacement (au prix d'une grosse décélération, donc de pas mal de g).
Pour ça, pour que le bouclier puisse supporter cette chaleur intense sans faire griller la capsule juste derrière (avec ses occupants), il est dit "ablatif" parce qu'il se désagrège progressivement afin d'éviter de communiquer sa température à la capsule par rayonnement, tout en faisant son travail de transformation d’énergie cinétique en énergie calorifique.
Mais il est évident qu'on ne va pas mettre ce genre de truc (un gros disque ablatif) au nez d'un engin hypersonique... sinon il ne sera jamais hypersonique.
En gros, une capsule a une forme spécifiquement prévue pour ralentir, alors qu'un engin hypersonique a une forme qui lui permet d'accélérer jusqu'a des vitesses hypersoniques.
Deux concepts à l'opposé l'un de l'autre.
La comparaison n'est donc pas pertinente.
C'est un peu comme comparer un système de frein avec une forme aérodynamique, sur une voiture.

Une navette spatiale présentait son ventre car, comme toute brique volante, sa forme générait une onde de choc qui créait un bouclier thermique virtuel qui protégeait la structure de la navette de l'air ionisé à très haute température (~9 000°C) et ne lui faire subir "que" ~1700 °C

Merci d'éviter de donner des liens sur des pavés en anglais sur un forum francophone, tout le monde ne lit pas l'anglais couramment (même si c'est mon cas).

[saltedGarlic]

Merci pour vos messages. @Resartus, je ne cherche pas vraiment à calculer cet échauffement précisément, je me doute qu'il me faudrait de très bons modèles numériques et un supercalculateur. Je cherche uniquement à voir qualitativement qu'une forme pointue produira un réchauffement plus grand, et à voir quelles équations gouvernent l'équation de la température au nez de l'appareil. Je vais faire un tour du côté du site de la nasa si je trouve quelque chose.