Étude de la décomposition thermique et de la combustion de poudres propulsives à base de RDX et de nitrocellulose : Approches expérimentale et numérique
Développées pour améliorer les conditions de sécurité des biens et des personnes durant leurs différentes phases de vie (stockage, transport, manipulation), les poudres propulsives à vulnérabilité réduite peuvent rencontrer des problèmes d'allumage lors de leur utilisation. Pour compenser cette...
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| Autres auteurs: | , , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Langue: | Français |
| Publié: |
2024.
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| Sujets: | |
| Accès en ligne: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2024ORLE1059_va.pdf http://www.theses.fr/2024ORLE1059/abes https://theses.hal.science/tel-04965213 |
| Note: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Isabelle Sochet (Président du jury) ; Ashwin Chinnayya, Marc Comet, Christophe Boulnois, Léo Courty, Alexandra Junqua-Moullet (Membre(s) du jury) ; Ashwin Chinnayya, Marc Comet (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Study of Thermal Decomposition and Combustion of Gun-Propellants Based on RDX and Nitrocellulose :, Experimental and Numerical Approaches |
| Résumé: | Développées pour améliorer les conditions de sécurité des biens et des personnes durant leurs différentes phases de vie (stockage, transport, manipulation), les poudres propulsives à vulnérabilité réduite peuvent rencontrer des problèmes d'allumage lors de leur utilisation. Pour compenser cette perte de sensibilité, l'allumage par diode laser a été étudié expérimentalement au laboratoire PRISME. Ces recherches ont mis en évidence l'influence de nombreux paramètres comme la pression initiale ou la composition des poudres sur les propriétés d'allumage et de combustion. Cependant, les processus impliqués sont relativement complexes et leur compréhension demeure limitée. L'objectif de cette étude est ainsi de caractériser et de modéliser les phénomènes d'allumage et de combustion de poudres propulsives à vulnérabilité réduite. Les poudres étudiées au laboratoire sont majoritairement composées de RDX et, dans une moindre mesure, de nitrocellulose. La décomposition thermique de ces matériaux a tout d'abord été caractérisée par analyse thermique. Une méthode basée sur ces résultats a ensuite été développée pour modéliser la cinétique de décomposition des poudres. Plusieurs mécanismes ont été considérés et ont permis d'obtenir une reproduction des courbes expérimentales satisfaisante. Dans un deuxième temps, l'allumage laser et la combustion des poudres ont été étudiés expérimentalement. L'accent a été mis en particulier sur l'influence d'une atmosphère oxydante sur les propriétés d'allumage et de combustion. Les performances observées sous air se sont révélées être meilleures ou équivalentes à celles observées sous argon. Une approche thermodynamique a été adoptée pour réaliser une première modélisation de ces phénomènes avec le logiciel Ansys® Chemkin. Finalement, une modélisation 1D instationnaire de l'allumage et de la combustion des poudres a été réalisée à l'aide du logiciel COMSOL Mulitphysics®. Deux modèles multiphasiques ont été étudiés, le premier considérant la décomposition thermique comme un phénomène surfacique, le second comme un phénomène volumique. Designed to increase safety of people and property during their different stages of life (storage, transportation, handling), low-vulnerability gun propellants can lead to ignition issues during their use. To tackle this, laser diode ignition has been experimentally studied at PRISME Laboratory. These works have highlighted the influence of several parameters like initial pressure or propellants composition on ignition and combustion properties. However, the physical processes involved are complex and their understanding is still limited. Therefore, the aim of this study is to characterize and model the ignition and combustion phenomena of low-vulnerability gun propellants. The propellants studied at the laboratory are mainly composed of RDX and, to a lesser extent, of nitrocellulose. First of all, the thermal decomposition of these materials has been characterized by thermal analysis. A method based on these results has been developed to model the kinetics of gun-propellants decomposition. Several mechanisms have been considered and have enabled a satisfying reproduction of the experimental curves. In a second phase, laser ignition and combustion of the propellants have been experimentally studied. The emphasis has been put on the impact of an oxidizing atmosphere on ignition and combustion properties. Performances observed under air atmosphere are better or equivalent to those under argon. A thermodynamic approach has been used to make a first modelling of these phenomena using Ansys® Chemkin software. Finally, an unsteady unidimensional modelling of ignition and combustion of the gun propellants has been carried out thanks to COMSOL Multiphysics®. Two multiphasic modellings have been studied, the first one considering the thermal decomposition as a surface phenomenon, the second one as a volumetric one. |
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| Description: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Isabelle Sochet (Président du jury) ; Ashwin Chinnayya, Marc Comet, Christophe Boulnois, Léo Courty, Alexandra Junqua-Moullet (Membre(s) du jury) ; Ashwin Chinnayya, Marc Comet (Rapporteur(s)) |
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