4.4 Chocs en tuyère

Reprenons l'étude de l'écoulement dans une tuyère de Laval. Nous avons montré que l'écoulement dans la tuyère (et en particulier dans le divergent) dépendait du niveau de pression $p_{e}$ en sortie.

1. $p_{e}=p_{A}$ : la pression en sortie est assez haute, l'écoulement dans la tuyère est subsonique et isentropique. Les relations isentropiques (chapitre 3) donnent la répartition de pression.
   
2. $p_{e}=p_{B}$ : en diminuant la pression en sortie, on atteint un niveau $p_{B}$ où l'écoulement est sonique au col, mais reste subsonique dans le divergent. L'écoulement est isentropique. Les relations isentropiques pour une tuyère adaptée donne la répartition de pression.
   
3. $p_{e}=p_{G}$: pour un autre niveau de pression plus bas, on a encore un écoulement isentropique, avec un col sonique. Mais dans ce cas l'écoulement est supersonique dans le divergent. Les relations isentropiques pour une tuyère adaptée donne la encore la répartition de pression.
   

Pour tous les autres niveaux de pression l'écoulement n'est plus isentropique, et des chocs d'adaptation sont nécessaire.

1. $p_{B}>p_{e}=p_{C}>p_{E}$: l'écoulement ne peut plus rester isentropique dans le divergent. Un choc droit apparaıt pour passer d'un écoulement supersonique au début du divergent à un écoulement subsonique après le choc. Lorsque l'on diminue la pression $p_{e}$ le choc se déplace vers la sortie de tuyère pour se situé exactement en sortie dans le cas $p_{e}=p_{E}$
   
2. $p_{E}>p_{e}=p_{F}>p_{G}$: le choc d'adaptation n'a plus lieu dans la tuyère, mais dans le jet au travers d'une série d'ondes de choc oblique, permettant l'adaptation de la pression. On observe en sortie un jet supersonique sous-détendu avec apparitions de disques de Mach
   
3. $pe=p_{H}<p_{G}$: on a cette fois un jet supersonique sur-détendu (i.e. qui sort de la tuyère avec une pression supérieure à la pression ambiante) avec une série d'ondes de détentes pour adapter la pression.
   

Un excellent site sur le design d'une tuyère de Laval pour un moteur de fusée: Virginia Tech. University

Ecoulement dans une tuyère (Java applet) application TuyereLaval.sh (local)

Execution de la simulation (site Virginia Tech. Univ.) Execution de la simulation (site Virginia Tech. Univ.)