fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l’Université polytechnique de Tomsk (ТПУ) et de l’Institut national des aciers et alliages de Moscou (МИСиС) ont développé conjointement un modèle mathématique décrivant le processus d’inflammation des carburants hypergoliques. Ce modèle couvre les principales propriétés physico-chimiques des carburants hypergoliques, ainsi que l’influence de ces propriétés sur les champs de température et de concentration dans des conditions d’inflammation instationnaire. Les résultats expérimentaux montrent que ce modèle peut prédire le comportement des carburants hypergoliques avec une précision satisfaisante. Cette recherche a été financée par la Fondation scientifique russe (projet n° 25-29-00637) et les résultats ont été publiés dans la revue FirePhysChem (zone Q1, facteur d’impact 5,1).
Un système de carburant hypergolique est composé d’un combustible et d’un comburant qui réagissent spontanément dès leur contact, sans nécessiter de chauffage supplémentaire ni de déclenchement externe. Ce type de système de carburant peut être utilisé dans les technologies aérospatiales, par exemple pour les systèmes de démarrage d’urgence. Bien qu’il existe actuellement plusieurs modèles tentant de décrire le mécanisme de « déclenchement » des carburants hypergoliques, aucun ne permet de prédire de manière fiable les paramètres clés, tels que la température, le taux d’évaporation et le taux de diffusion de la vapeur, lorsque les conditions limites d’inflammation sont atteintes.
Les chercheurs de l’Université polytechnique de Tomsk et leurs collaborateurs ont proposé le modèle mathématique susmentionné et l’ont validé à l’aide de données expérimentales. Les expériences ont utilisé une combinaison de tétraméthyléthylènediamine (TMEDA) comme combustible (épaissi avec 5 % en masse de dioxyde de silicium) et d’acide nitrique concentré comme comburant. Les expériences ont été réalisées à des températures initiales des composants comprises entre 10 et 30 degrés Celsius et avec des tailles de gouttelettes de 1 à 3 millimètres, en enregistrant le délai d’inflammation et la température dans la zone de combustion. L’étude montre que le modèle de calcul est en bon accord avec les résultats expérimentaux : lorsque la taille initiale des gouttelettes varie, l’écart entre le délai d’inflammation calculé et expérimental ne dépasse pas 15 % ; lorsque la température initiale des composants varie, l’écart ne dépasse pas 10 %.
Ce modèle prend en compte de manière exhaustive les échanges thermiques entre les composants du système, les changements de phase, la diffusion de la vapeur, ainsi que les réactions chimiques dans les phases condensée et gazeuse. Au cours de l’étude, les champs de température et de concentration ont été enregistrés en temps réel à l’aide de la technologie de l’Université polytechnique de Tomsk, et leurs corrélations ont été établies. Olga Vysokomornaya, l’un des auteurs de l’étude et professeure associée à la Faculté de physique des processus à haute énergie de ТПУ, a souligné que ce modèle mathématique permet de prédire plus précisément le comportement des systèmes de carburants hypergoliques dans des conditions proches de leur utilisation réelle.
L’étude a révélé certaines lois importantes. Par exemple, à mesure que la taille initiale des particules en interaction augmente, le taux d’évaporation croît de manière exponentielle ; il existe également une taille initiale critique d’environ 3 millimètres, au-delà de laquelle le délai d’inflammation reste presque constant. Olga Vysokomornaya a indiqué que ce cadre mathématique prend en compte de manière complète les processus physico-chimiques au moment de l’inflammation du carburant dans les phases condensée et gazeuse, et que l’amélioration de la précision des calculs est cruciale pour l’application pratique des systèmes de carburants hypergoliques. À l’avenir, cette technologie pourrait servir de base à la conception de systèmes de carburants hypergoliques plus sûrs et mieux contrôlables. Les participants à cette recherche proviennent du Laboratoire de transfert de chaleur et de masse de l’Université polytechnique de Tomsk et de l’Institut national des aciers et alliages de Moscou.
