Chambres de combustion aéronautiques - Partie 1 : fonctionnement et principaux phénomènes physiques

Les chambres de combustion aéronautiques concentrent des exigences en termes de performance et de sécurité, mais sont également au cœur des enjeux de réduction de l’empreinte environnementale du transport aérien (aussi bien du point de vue de la décarbonation que de l’amélioration de la qualité de l’air). Afin d’accompagner l’évolution des technologies utilisées, la simulation numérique joue un rôle de plus en plus important et peut s’appuyer sur des infrastructures de calculateurs toujours plus puissants ainsi que sur les progrès continus de la modélisation physique et du génie logiciel. Si la caractérisation des systèmes d’un point de vue expérimental reste indispensable pour un accès direct aux mécanismes physiques en jeu, la simulation numérique permet sans surcoût significatif un accès à l’ensemble des variables intéressant l’ingénieur (pression, vitesse, température, fractions massiques des différentes espèces, etc.) ainsi qu’à l’intégralité du volume de la configuration étudiée (y compris les zones de l’espace pour lesquelles l’accès à l’aide d’une sonde ou d’un laser serait complexe, voire impossible). De plus, le coût de réalisation d’une simulation numérique d’une chambre de combustion est le plus souvent très largement inférieur à celui de la réalisation d’une campagne d’essais, pour peu que l’on choisisse une modélisation adaptée.

Étant donné l’ampleur du sujet, celui-ci sera traité à travers deux articles de la collection Techniques de l’Ingénieur formant un « tout » cohérent, mais pouvant néanmoins être lus de manière indépendante. Dans ce premier article, les différentes notions nécessaires à la compréhension des grands enjeux de conception pour les chambres de combustion aéronautiques (opérabilité, sécurité, limitation de l’impact environnemental, etc.) seront introduites. Ensuite, les phénomènes physiques majeurs se produisant dans ces dernières (écoulements turbulents réactifs, fragmentation du carburant sous forme de gouttelettes, évaporation, transferts radiatifs) seront décrits de manière synthétique. Enfin, en s’appuyant sur les nombres adimensionnels appropriés, les principaux régimes rencontrés dans une chambre de combustion aéronautique seront mis en évidence pour chaque phénomène.

Ainsi, au terme de cet article, un tableau général du fonctionnement et des principaux phénomènes physiques qui se déroulent dans une chambre de combustion aéronautique aura été brossé, ouvrant la voie au second article [TRP 4 012] « Chambres de combustion aéronautiques – Partie 2 : modélisation et simulation numérique » .