Cerfacs Entrez dans le monde de la haute performance...

🎓Soutenance de thèse Guillaume BOGOPOLSKY

  Lundi 10 fĂ©vrier 2025 Ă  9h30

  Salle JCA, Cerfacs, Toulouse    

Exploration des méthodes pour la simulation numérique des propulseurs à effet Hall

ED MEGEP

https://youtube.com/live/8lX7ceLACbg?feature=share

Au cours des quinze dernières annĂ©es, le nombre de satellites en orbite autour de la Terre a connu une augmentation exponentielle. Le coĂ»t Ă©levĂ© des lancements spatiaux a poussĂ© les fabricants Ă  adopter des technologies de propulsion plus efficaces, telles que les propulseurs Ă©lectriques. Les propulseurs Ă  effet Hall appartiennent Ă  cette catĂ©gorie et ont dĂ©montrĂ© une efficacitĂ© remarquable ainsi qu’une durĂ©e de vie accrue pour les transferts orbitaux, le maintien Ă  poste orbital et l’exploration spatiale. Cependant, la physique de ces propulseurs n’est pas encore totalement comprise, notamment en ce qui concerne l’Ă©rosion anormale de la paroi cĂ©ramique au niveau du plan de sortie du propulseur, ainsi que les diffĂ©rentes instabilitĂ©s qui apparaissent sur une large gamme de frĂ©quences, telles que les « spokes » rotatifs, les modes de respiration, les instabilitĂ©s de gaine et de dĂ©rive des Ă©lectrons. Ces phĂ©nomènes empĂŞchent une modĂ©lisation simple des propulseurs et, par consĂ©quent, complexifient le dĂ©veloppement de moteurs Ă  poussĂ©es plus Ă©levĂ©es et plus efficaces, qui doit donc encore se faire de manière empirique.

Face à ces défis, les simulations numériques se sont imposées comme un outil crucial pour améliorer notre compréhension et prédire le comportement des propulseurs à effet Hall. À cette fin, le CERFACS, en collaboration avec Safran Spacecraft Propulsion et le Laboratoire de Physique des Plasmas, développe depuis 2016 le code AVIP. AVIP est un outil de simulation massivement parallélisé qui utilise une grille non-structurée et supporte à la fois les approches lagrangienne (Particle-in-Cell, ou PIC) et eulérienne (fluide), offrant ainsi une flexibilité dans la modélisation des différentes dynamiques du plasma du propulseur. Les premiers résultats obtenus avec AVIP ont permis des études détaillées des instabilités azimutales caractéristiques des propulseurs à effet Hall.

L’objectif principal de cette thèse Ă©tait d’Ă©tudier et de finaliser une version d’AVIP capable de rĂ©aliser des simulations de haute fidĂ©litĂ© des propulseurs Ă  effet Hall avec un Ă©quilibre entre le coĂ»t de calcul et la prĂ©cision, en exploitant Ă  la fois les modèles PIC et fluides. Nous avons explicitĂ© les dĂ©tails de mise en Ĺ“uvre des Ă©lĂ©ments nĂ©cessaires pour un tel solveur dans un cadre parallèle non structurĂ© basĂ© sur le solveur Ă  vocation acadĂ©mique et industrielle AVBP, et dĂ©taillĂ© les dĂ©fis numĂ©riques et d’optimisation qui en dĂ©coulent. Ensuite, la capacitĂ© de ce code Ă  effectuer des calculs de plasma a Ă©tĂ© Ă©valuĂ©e sur cas test 1D ainsi que sur une configuration 2D reprĂ©sentative d’un propulseur Ă  effet Hall et montrant des traces de l’instabilitĂ© de dĂ©rive Ă©lectronique. Enfin, une dĂ©charge de Penning a Ă©tĂ© simulĂ©e dans le cadre d’un benchmark international en utilisant la mĂ©thode PIC afin de vĂ©rifier notre capacitĂ© Ă  capturer les « spokes » rotatifs et de dĂ©finir un cas de rĂ©fĂ©rence pour de futures simulations fluides.

Jury

Khaled HassouniProfesseur – LSPM, CNRSRapporteur
Francesco TaccognaChercheur – ISTP, CNRRapporteur
Anne BourdonProfesseure – LPP, CNRSExaminatrice
Laurent GarriguesProfesseur – LAPLACE, CNRSExaminateur
Bénédicte CuenotIngénieure experte – Safran Aircraft EnginesDirectrice de thèse
Benjamin LaurentIngénieur – Safran Spacecraft PropulsionInvité
Nicolas BarléonChercheur – CERFACSInvité

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