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Simulation HPC des systèmes de propulsion

La simulation des systèmes de propulsion est devenue un un élément essentiel de leur conception. Le CERFACS développe des outils de simulation de type Large Eddy Simulation (LES) pour tous les éléments des moteurs employés dans les turbines à gaz (avions, hélicoptères) ou dans les fusées, depuis les compresseurs jusqu’aux turbines en passant par les chambres de combustion.

Ces codes de calcul sont mis en place au sein d’une équipe de plus de 50 personnes au CERFACS. Ils sont ensuite implantés dans de nombreux laboratoires Français et Européens et chez les industriels. Le code AVBP du CERFACS est le standard mondial en matière de code LES pour les chambres de combustion. C’est l’outil de design chez SAFRAN HELICOPTER ENGINES comme chez SAFRAN AIRCRAFT ENGINES.

AVBP est aussi utilisé pour les compresseurs et les turbines et permet d’effectuer le calcul de ces composants de façon couplée et simultanée comme le montre l’exemple ci dessous, une capacité aujourd’hui disponible seulement au CERFACS.

AVBP est employé aussi pour les moteurs de fusée, dans des conditions plus extrèmes de température et de pression. Il permet par exemple le calcul des instabilités dans les turbompompes, de la combustion cryogénique dans les chambres H2/O2 ou CH4/O2, ou des oscillations dans les tuyères. Ces calculs sont effectués en mode LES mais le même code AVBP permet aussi des calculs de type DNS comme ci dessous pour la stabilisation des flammes H2/O2 dans le moteur Vulcain, aux lèvres des injecteurs.

 

 

AVBP est un code de type LES qui résoud les équations de Navier Stokes réactives en mode instationnaire. Ce n’est pas le seul outil nécessaire à la compréhension de la combustion instationnaire dans les systèmes de propulsion. Le CERFACS développe aussi un code appelé AVSP qui résoud les équations de Helmholtz instationnaires et donne tous les modes acoustique qui peuvent être excités dans une chambre donnée. Ce code AVSP est aussi diffusé chez les partenaires du CERFACS. Enfin, le traitement de tous les aspects liés à la cinétique chimique (réduction de schémas en particulier) est effectué dans un code Open Source appelé ARCANE développé par le CERFACS en liaison avec Cornell (Pr Pepiot).

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