Assurer la stabilité de fonctionnement des moteurs d'avions
Des instabilités de combustion sont constatées dans de nombreux systèmes industriels, notamment les moteurs d'avion à injection directe. Elles sont liées aux extinctions et aux retours de flammes indésirables, ainsi qu'aux vibrations de la structure mécanique du moteur, qui peut même entraîner sa destruction. Une meilleure connaissance des phénomènes de transfert de chaleur et de masse au sein de la chambre de combustion est donc primordiale pour définir des méthodes de conception qui minimiseraient ces instabilités. Un travail important d'expérimentation et de modélisation a été mené dans le cadre du projet MUSCLES sur l'évaporation du combustible liquide lorsqu'il est injecté directement dans la chambre de combustion. Lorsqu'elles sont chauffées dans la chambre de combustion, des gouttelettes de combustible s'évaporent puis la vapeur de combustible finit par brûler pour fournir l'énergie nécessaire à la propulsion. Le défi consistait à développer et valider de nouveaux modèles théoriques de l'évaporation de combustible prenant en compte l'absorption du rayonnement thermique par les gouttelettes. Les chercheurs de l'Instituto Superior Técnico au Portugal ont combiné différentes techniques optiques pour mesurer la taille, la température et la vélocité des gouttelettes de combustible liquide brûlées dans des conditions de charge variables. Le flux de chaleur échangée entre les gouttelettes de combustible et l'environnement à haute température et haute pression au sein de la chambre de combustion a ensuite pu être déterminé à partir de leur bilan énergétique global. En allant encore plus loin dans cette direction de recherche, une connaissance détaillée des transferts de chaleur par rayonnement thermique a été utilisée par les partenaires du projet MUSCLES pour déterminer de manière précise le taux d'évaporation de combustible. Le rayonnement thermique régule la répartition de température et le flux de chaleur au travers des murs de la chambre de combustion, la formation de suie et d'autres produits de la combustion incomplète. Bien qu'il soit ignoré dans la plupart des modèles de combustion existants, le rayonnement thermique peut apporter des améliorations significatives concernant leur validité. En outre, en estimant la contribution du rayonnement thermique à l'évaporation du combustible, le projet MUSCLES a enrichi les connaissances actuelles sur les sources potentielles d'instabilité de combustion.
