Modèle numérique de couplage fluide-structure avec application aux moteurs fusée
Résumé
A finite element model is presented for studying fluid-structural interaction phenomenae. Domains are assumed axisymmetrical with flexible boundaries that may undergo large displacements. Newmark scheme is used for temporal discretization of structure part. Fluid is supposed compressible, inviscid and perfect. Numerical scheme for fluid is based on a Lax-Wendroff scheme taking into account moving mesh in order to respect parietal compatibilities. A schock capturing technique is added in order to maintain positivity scheme in high gradient zones. After discussing considerations on a Geometrical Conservation Law, coupling is obtained in establishing a “dialogue “between both codes in using parallel tools to update common variables between fluid and structure. Two calculations are conducted on aeroelasticity with application to rocket engines.
Nous présentons ici un modèle numérique de type éléments finis pour des études de couplage fluide-structure. Les géométries sont considérées axisymétriques et pouvant subir des déformations pariétales en grands déplacements. Une discrétisation de type Newmark est employée pour le schéma structure. Le fluide est quant à lui compressible, non visqueux et supposé parfait. Le modèle numérique pour le fluide est basé sur le schéma de Lax-Wendroff avec prise en compte de la dynamique du maillage afin de respecter les conditions cinématiques entre frontières fluide et structure. Une technique de capture de chocs assure la positivité du schéma en tout point du maillage. Après certaines considérations sur le respect d'une loi de consistance géométrique, le couplage est obtenu par l'établissement d'un “dialogue “entre les codes avec l'utilisation des outils du calcul parallèle. Celui-ci permet ainsi une remise à jour régulière des données physiques communes aux deux codes. Deux calculs sont alors conduits sur l'étude des phénomènes de couplage aéroélastique présents au sein d'un moteur fusée.