[Help] Dimensionnement d'un bouclier thermique en composites

[invite0e12517b]

Bonjour,

J'ai choisi, dans le cadre d'un projet avec mon école, de dimensionner un bouclier thermique (simplifié, évidemment) à l'aide de matériaux composites. Cependant, j'ai beaucoup trop de libertés (c'est mon premier projet mécanique), et je ne sais par quel bout commencer.
Pour l'instant, je ne connais que vaguement les conditions de rentrée atmosphérique (forte pression par décélération, fort flux calorifique @ ~2000°C), et les matériaux utilisés pour celui d'Orion (fibres silice/matrice époxy).

Est-ce que vous pourriez me guider dans la réalisation du projet, avec quelques pistes, svp ?

Merci d'avance.

Cordialement,

kidpaddle2
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[inviteec0d6e6f]

Salut,

Ton projet a l'air interessant mais très vague !
Des types de boucliers, y en a autant que de projets d'engins !

Questions : disposes-tu d'un modèle ou d'un simulateur pour tester ça ? Où ne procèdes-tu qu'a des calculs théoriques ?

Un simulateur qui te permet de tester tes solutions (après, cependant, les avoir modélisées dessus) c'est Orbiter.
Voici une version prête a l'emploi de la dernière version, avec les modèles atmosphériques à choisir (d'origine simplifié ou scientifiques : NRLMSIS-00 ou Jacchia71-Gill).
Sur laquelle tu peux rajouter la toute dernière version du Shuttle prévue pour cette version.

Un forum de passionnés ou tu pourras avoir des discussions a ce sujet avec les pro de la modélisation : http://orbiter.dansteph.com/index.php

Ce logiciel permettra de te mettre, si ce n'est déjà fait, à la modélisation, activité indispensable dans ce secteur d'activité si tu veux en faire ton job.
Avant de passer ensuite sur des programmes professionnels plus spécifiques.

J'espère que ça te servira !

[invite0e12517b]

Merci, c'est une excellente aide que de me donner les logiciels dont j'aurai besoin

Je comptes dimensionner un bouclier de type _ablatif_ (je pensais que c'était implicite, désolé), pour des capsules de rentrée atmosphérique comme le module de survie d'Apollo, le plus récent Orion ou même des conteneurs de rovers. Il s'agirait donc d'une calotte sphérique sur socle ou non cônique, avec attaches arrondies pour l'encastrement avec le module. Est-ce que cela précise les choses (je n'arrive pas à me rendre compte) ?

[invite9d959d13]

Salut,

Je suis en école d'ingé et j'ai effectué le calcul l'an dernier, dans le cadre de mon projet de fin d'année. Dans mon cas, j'ai calculé les dimensions du bouclier thermique nécessaire à une rentrée martienne.

Il faut savoir que c'est un sujet vraiment complexe et qu'on ne peut pas vraiment le résoudre surtout à notre échelle ! Pour info, lors de la rentrée atmosphérique, il y a beaucoup de phénomènes qui entrent en jeu (réactions chimiques exothermiques, ondes de choc, reflux, etc...) qui ne sont pas toujours modélisés complètement. De toute façon, même les ingénieurs de la NASA sur-dimensionnent leur bouclier car ils ne savent pas toujours prévoir complètement ce qu'il va se passer.

Et maintenant la méthode simplifiée que j'ai "mise au point" (car il n'y avait pas de mode d'emploi) :

Normalement tu dois connaître (ça dépend de tes paramètres mission, etc...) le flux de chaleur à la paroi au cours de la descente (convectif prépondérant, formule de Suttons-Grave)
Ce flux est noté q(t).

Hypothèses admises :
- flux convectif prépondérant

Pour mon étude, j'ai choisi d'utiliser le matériau SLA 561V de la NASA comme bouclier ablatif. Il avait les propriété adéquate pour une rentrée martienne. À toi de voir quel matériau correspond le mieux à ton cas.
D'après les données NASA, je pouvais connaître la masse volumique rho et la chaleur latente du matériau Q et donc déduire l'épaisseur minimale de bouclier à avoir :

epaisseur = intégrale_sur_la_durée_de_desc ente(q(t)dt) / (rho*Q)

Ensuite faut marger le tout, et vérifier qu'avec cette épaisseur, on n'a pas une température intérieure trop importante (ça dépend des contraintes imposées par le système à l'intérieur du bouclier thermique : quelle est sa température max).

Normalement, on trouve des épaisseurs de l'ordre du centimètre si je me souviens bien.

Sinon une autre méthode encore plus rapide qui marche bien : regarder les ratios de masses des missions passées similaires et extrapoler sur son propre bouclier.

J'espère que ça a pu t'être un peu utile.

a+

Lucas

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0e12517b]

Merci iShadow (attention, tu as signé de ton vrai prénom), c'est très instructif.

En faisant quelques recherches, j'ai vu que ce qui dimensionnait véritablement le bouclier étaient le flux de chaleur et la charge thermique : pour une trajectoire rasante, le flux de chaleur était faible (donc moins de contraintes thermiques sur les matériaux), mais la charge thermique sur la durée engendrait une température élevée pas forcément supportable par la charge utile contenue dans le bouclier. A l'inverse pour la trajectoire plongeante.

Mais du coup, quelle trajectoire dois-je considérer ? Et pourquoi n'avons-nous aucune donnée sur les contraintes mécaniques de type pression de l'atmosphère sous la décélération ?

Enfin, pour la forme du bouclier, en gros, c'est une calotte sphérique dont le diamètre importe peu ?

Merci d'avance.

P.S: Par hasard, serait-il possible de jeter un oeil à ton PFE, en toute confidentialité (sachant que mon projet n'est en aucun cas une thèse pour une entreprise).

[invite0e12517b]

Up

(J'aimerais savoir comment dimensionner assez rigoureusement -par le calcul- le bouclier à partir des contraintes transverses... )